Die Rolle der RGD Domäne von IGFBP-2 für die Kontrolle von Lebensdauer und Glucose-Stoffwechsel in der Maus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Projekt sollten mögliche Mechanismen untersucht werden, über die IGFBP-2 Wachstum, Lebensdauer und Stoffwechsel beeinflusst. Die dem Projekt zugrunde liegende Arbeitshypothese lautete: IGFBP-2 steuert Lebensdauer und Stoffwechsel unter Beteiligung der Integrin-bindenden RGD-Domäne. Zur Prüfung der Arbeitshypothese wurden IGFBP-2 transgene Mäuse (D-Mäuse) verglichen mit nicht transgenen Kontrollgeschwistern (C-Mäuse). Um Integrin-abhängige Effekte von IGFBP-2 zu identifizieren, wurde ein zweites IGFBP-2 transgenes Modell mit defekter RGD Domäne (RGD->RGE) verwendet (E-Mäuse). Die Effekte erhöhter IGFBP-2 Konzentrationen auf die Signaltransduktion wurden in Geweben aus Muskel, Leber, Gehirn und Fett untersucht. Hierbei wurde besondere Aufmerksamkeit der Expression und Aktivierung des PI3K- Signalweges gewidmet, der für die Kontrolle von Lebensdauer und Stoffwechsel evolutionär hoch konservierte Funktionen ausübt. Mit Ausnahme des Gehirns stand jedoch in keinem anderen Gewebe die Aktivierung von AKT bei weiblichen Mäusen mit erhöhter Lebensdauer in einem direkten Bezug zur RGD-Domäne von IGFBP-2. Für den überwiegenden Anteil der untersuchten Signalmoleküle wurde ein sexuell dimorpher Phänotyp im untersuchten Tiermodell beobachtet. Wobei insgesamt mehr als 20 verschiedene Bedingungen identifiziert wurden, bei denen in Abhängigkeit von Geschlecht, Alter und Gewebe spezifische Effekte auf die Signaltransduktion in einem nachweisbaren Bezug zur RGD-Domäne stehen. Im zweiten Projektziel wurden Effekte von IGFBP-2 auf den Glucosestoffwechsel untersucht. Nach den erarbeiteten Ergebnissen hemmt IGFBP-2 unter Kontrolle der RGD-Domäne die Translokation von GLUT4 an die Plasmamembran in Muskelgeweben sowie die Glucose-Clearance nach oraler Gabe von Glucose. Diese Hemmung kommt jedoch offensichtlich nicht über PTEN/PDK1/AKT oder PIP3/PIP2 zustande. Als neues Target für den hemmenden Effekt wurden im Projekt FAK/ILK sowie die Kinase TBC1D1 identifiziert. Im dritten Projektziel wurden einzelne pleiotrope Effekte von IGFBP-2 im Tiermodell bestehend aus C-, D- und E-Mäusen untersucht. Demnach wird die RGD-Domäne für die negativen Effekte auf das somatische Wachstum nicht benötigt, auf Organebene scheint jedoch die RGD-Domäne insbesondere im Nierenfett sowie im Gehirn negative Wachstumseffekte auszuüben. Auch im gonadalen, subkutanen oder braunen Fett von E-Mäusen konnten die Ergebnisse aus D-Mäusen in verschiedenen Altersgruppen nicht reproduziert werden. Interessanterweise war ausschließlich in weiblichen D-Mäusen, nicht jedoch in weiblichen E-Mäusen, eine erhöhte Lebenserwartung zu beobachten, obwohl das somatische Wachstum in beiden IGFBP-2 transgenen Linien signifikant gehemmt wird. Somit konnte am verwendeten Tiermodell aufgezeigt werden, dass eine Hemmung des Körperwachstums nicht zwingend zu einer Erhöhung der Lebenserwartung führt. Somit wurde die dem Projekt zugrunde liegende Arbeitshypothese bestätigt. In weiblichen D-Mäusen war bei einer erhöhten Lebenserwartung zusätzlich eine deutlich verzögerte reproduktive Entwicklung zu beobachten. Das hier verwendete Säugetiermodell bestätigte somit ein Konzept, das aktuell für niedere Modellorganismen diskutiert wird. Demnach wird eine funktionale Kopplung von Lebensdauer, reproduktiver Entwicklung und Energiestoffwechsel postuliert, somatisches Wachstum als Effektor für Lebensdauer jedoch nicht mehr in Betracht gezogen. Ein geeignetes Tiermodell für die Prüfung des gegenwärtigen Konzeptes in Vertebraten oder Säugetieren war bislang nicht verfügbar. Besonders interessant ist hierbei ist die Tatsache, dass in unserem Mausmodell bereits die Mutation einer einzigen Aminosäure ausreichte, um somatisches Wachstum von Lebensdauer und reproduktiver Entwicklung zu dissoziieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Gender-specific effects on food intake but no inhibition of age-related fat accretion in transgenic mice overexpressing human IGFBP-2 lacking the Cardin-Weintraub sequence motif. J Cell Commun Signal. 2015, 9: 143-150
Wiedmer P, Schwarz F, Große B, Schindler N, Tuchscherer A, Russo VC, Tschöp MH, Hoeflich A
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In silico approaches and the role of ontologies in aging research. Rejuvenation Res. 2013, 16: 540-546
Fuellen G, Boerries M, Busch H, de Grey A, Hahn U, Hiller T, Hoeflich A, Jansen L, Janssens GE, Kaleta C, Meinema AC, Schäuble S, Simm A, Schofield PN, Smith B, Sühnel J, Vera J, Wagner W, Wönne EC, Wuttke D
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Control of IGFBP-2 Expression by Steroids and Peptide Hormones in Vertebrates. Front Endocrinol (Lausanne). 2014, 5: 43
Hoeflich A, Wirthgen E, David R, Classen CF, Spitschak M, Brenmoehl J
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Dissociation of somatic growth, time of sexual maturity and life expectancy by overexpression of an RGD-deficient IGFBP2 variant in female transgenic mice. Aging Cell. 2015
Hoeflich A, Reyer A, Ohde D, Schindler N, Brenmoehl J, Spitschak M, Langhammer M, Tuchscherer A, Wirthgen E, Renner-Müller I, Wanke R, Metzger F, Bielohuby M, and Wolf E
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Physiology and pathophysiology of IGFBP-1 and IGFBP-2 – consensus and dissent on metabolic control and malignant potential. Best Practice & Research: Clinical Endocrinology. 2015, 29: 685-700
Hoeflich A and Russo VC
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The RGD sequence present in IGFBP-2 is required for reduced glucose clearance after oral glucose administration in female transgenic mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2015, 309: E409-417
Reyer A, Schindler N, Ohde D, Walz C, Kunze M, Tuchscherer A, Wirthgen E, Brenmoehl J, Hoeflich A
