Effects of the lactation on cellular energy supply and aging processes in dairy cows
Final Report Abstract
Die Laktation führt bei hochleistenden Milchkühen zu drastischen Veränderungen der Energiebilanz und des Stoffwechsels. Der Energiebedarf des gesamten Tieres spiegelt sich auf zellulärer Ebene in den Mitochondrien, den hauptsächlichen Energielieferanten der Zelle, wider. Während die Alterung einem komplexen Mechanismus unterliegt, der unter anderem durch epigenetische Vorgänge aber auch durch Telomerlängen gesteuert wird. Im vorliegenden Forschungsprojekt wurde der Einfluss der Laktation auf die zelluläre Energieversorgung sowie Alterungsprozesse in stoffwechselrelevanten Geweben bei hochleistenden Milchkühen untersucht. Die Mitochondrien und damit die zelluläre Energieversorgung wurden über die mitochondriale DNA, die Expression von Differenzierungs- und Proliferationsparametern sowie die mitochondriale Enzymaktivität charakterisiert. Die Zellalterung wurde über die Messung der Telomerlängen und die Expression von Methyltransferasen in den unmittelbar an den Stoffwechsel- und Energievorgängen beteiligten Organen bestimmt. Es konnten gewebespezifische Unterschiede bei der zellulären Energieversorgung aufgezeigt werden, aber auch die Anpassung der zellulären Energieversorgung an die metabolischen Anforderungen der einzelnen Organe sowie im Laktationsverlauf. Dabei war die Anzahl an Mitochondrien erwartungsgemäß in der Leber, dem Hauptstoffwechselorgan, am höchsten. Sowohl die Zellalterung als auch die zelluläre Energieversorgung unterschieden sich im Laktationsverlauf. Jedoch zeigte der Vergleich zwischen laktierenden und nicht-laktierenden Tieren weder bei den Telomerlängen noch den Mitochondrien einen signifikanten Einfluss. Der positive Zusammenhang zwischen den Mitochondrien und den Telomerlängen deutet dennoch auf eine beschleunigte Zellalterung durch die mit der Laktation verbundenen Schwankungen im zellulären Energiehaushalt hin. Ob die energetische Versorgung der Zellen jedoch zu einer beschleunigten (stressbedingten) Zellalterung oder einer erhöhten Apoptoserate der Zellen führt, bleibt offen. Auch ob ein Zusammenhang der Ergebnisse mit der Nutzungsdauer von Hochleistungskühen besteht, konnte im Rahmen dieses Projektes nicht beantwortet werden, hierfür muss eine umfassende longitudinale Charakterisierung der Parameter erfolgen. Die Ergebnisse erlauben eine grundlegende Einschätzung der zellulären Energieversorgung und Alterung in den stoffwechselrelevanten Geweben bei hochleistenden Milchkühen und dienen als Basis für weitere Fragestellungen hinsichtlich der Bedeutung von extrinsischen und intrinsischen Faktoren (z.B. Umwelteinflüsse, Fütterung, Immunsystem), die sowohl die komplexen Mechanismen der zellulären Energieversorgung, als auch die Telomerlängen beeinflussen könnten.
Publications
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(2015): Mitochondrial DNA copy number in liver, mammary gland, and adipose tissue of early lactating dairy cows. Journal of Animal Science, 93/Journal of Dairy Science, 98, 707
Laubenthal L, Hölker M, Südekum KH, Sauerwein H & Häussler S
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(2015): Mitochondrial DNA copy numbers in blood cells during early and late lactation in dairy cows. Journal of Animal Science, 93/Journal of Dairy Science, 98, 707
Laubenthal L, Hölker M, Südekum KH, Sauerwein H & Häussler S
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(2016): Impact of the first calving on mitochondrial DNA copy number and on mitochondrial enzyme activities in subcutaneous adipose tissue of dairy cows. Proceedings of the Society of Nutrition Physiology, 25, 142 ISBN: 978-3-7690-4109-5
Laubenthal L, Hoelker M, Frahm J, Dänicke S, Gerlach K, Südekum KH, Sauerwein H & Häussler S
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(2016): Mitochondrial DNA copy number and biogenesis in different tissues of early and late lactating dairy cows. Journal of Dairy Science, 99, 1571-1583
Laubenthal L, Hoelker M, Frahm J, Dänicke S, Gerlach K, Südekum KH, H & Häussler S
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(2016): Telomere length in different tissues of dairy cows during early and late lactation. Journal of Dairy Science, 99 (6), 4881-4885
Laubenthal L, Hoelker M, Frahm J, Dänicke S, Gerlach K, Südekum KH, Sauerwein H & Häussler S
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(2017): Association between the telomere length and mitochondrial DNA copy number during early and late lactation in dairy cows. Proceedings of the Society of Nutrition Physiology, 26, 28 ISBN: 978-3-7690-4110-1
Häussler S, Laubenthal L, Hoelker M, Gerlach K, Südekum KH & Sauerwein H
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(2017): mRNA expression of DNA methyltransferase 1 and 3a in adipose tissue of lactating and non-lactating dairy cows. Journal of Dairy Science, 100, Suppl 2, 281
Häussler S, Bleikamp T, Laubenthal L, Südekum KH, Hölker M & Sauerwein H
