Die Rolle von diätetisch induziertem Propionyl-CoA in der Prävention von übergewichtsbedingten Gesundheitsstörungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Es konnte gezeigt werden, dass Propionat, welches durch die Fermentation von Ballaststoffen entsteht, eine Diät-induzierte hepatische Steatose und Insulinresistenz reduziert. Gleichzeitig kommt es zu einer Erhöhung von ungeradzahligen Fettsäuren (OCFA) im Plasma durch die Nutzung von Propionyl-CoA (Pr-CoA) für die Fettsäuresynthese. Neben ihrer Bedeutung als Biomarker für die Aufnahme von Milchprodukten, zeigen OCFA einen Zusammenhang mit einem geringeren Typ-2-Diabetes Risiko. Kausale Zusammenhänge sind jedoch nicht geklärt. Das Ziel des Projektes war die Untersuchung der beiden Hauptbestandteile von Milchprodukten, dem Milchfett und Milchprotein, auf die Bildung von OCFA und ihren Einfluss auf die Gesundheit. Beide Fraktionen sind mögliche OCFA-Quellen, da Milchfette selber OCFA enthalten und Milchproteine einen hohen Anteil an verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAA) besitzen, nämlich Valin (Val) und Isoleucin (Ile), aus denen Pr-CoA gebildet werden kann, während das für Leucin (Leu) nicht der Fall ist. Außerdem sollten in diesem Projekt die spezifischen metabolischen Auswirkungen der OCFA, Heptadekansäure (C17:0), geklärt werden. Dazu wurden verschiedene Kurzzeit- und Langzeit-Fütterungsstudien mit männlichen C57BL/6JRj Mäusen durchgeführt, die mit Hochfett-Diäten (HFD) gefüttert wurden, die mit Milchfett oder C17:0, sowie mit Milchprotein oder einzelnen BCAA (Val; Leu) supplementiert wurden. Die Kurzzeitstudien zeigten, dass beide Milchfraktionen OCFA induzieren, wobei die Erhöhung durch Milchprotein teilweise durch die Val-Aufnahme erklärt werden konnte. Studien mit primären Hepatozyten zeigten außerdem eine Induktion von OCFA nach Val-Behandlung durch de novo Lipogenese und eine erhöhte α-Oxidation. In den Langzeitstudien erhöhten Milchfett und Milchprotein die hepatischen und zirkulierenden OCFA-Spiegel; allerdings hatte nur Milchprotein eine schützende Wirkung auf Adipositas und hepatische Fettansammlung, wahrscheinlich vermittelt durch eine erhöhte Leu Aufnahme. Im Gegensatz dazu hatte die Val- Supplementierung keinen Einfluss auf die OCFA-Spiegel oder die Entwicklung von Adipositas, führte jedoch zu einer durch Glukotoxizität induzierten Insulinresistenz im Skelettmuskel, vermittelt durch den Metaboliten 3-Hydroxyisobutyrat (3-HIB). Die C17:0-Supplementierung hatte keinen Einfluss auf die Diät-induzierte Adipositas und assoziierten Gesundheitsbeeinträchtigungen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die mit dem Verzehr von Milchprodukten verbundenen positiven gesundheitlichen Auswirkungen durch die Wirkung von Milchprotein vermittelt werden, während der OCFA-Gehalt nur eine Assoziation darstellt und keine kausale Rolle für die metabolische Gesundheit unter HFD-Bedingungen spielt. Die hier aufgeklärten deutlich unterschiedlichen metabolischen Auswirkungen der beiden BCAA Leu und Val unterstreichen zudem die Bedeutung der Proteinqualität.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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“Role of Branched-Chain Amino Acids in Hepatic Lipid Metabolism”; Metabolism in Action - Central and peripheral control of energy metabolism; October 2019, Hillerød, Denmark
Bishop, C. A., Weitkunat, K. & Klaus, S.
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“Role of dietary derived propionyl-CoA and odd-chain fatty acids in hepatic lipid metabolism”; NuGOweek 2019, 16th edition, From foodomics to nutrigenomics – Translating food composition data into healthy diets; September 2019, Agroscope, Bern, Switzerland
Weitkunat, K., Bishop, C. A., Uhlemann, M. & Klaus, S.
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The branched‐chain amino acids valine and leucine have differential effects on hepatic lipid metabolism. The FASEB Journal, 34(7), 9727-9739.
Bishop, Christopher A.; Schulze, Matthias B.; Klaus, Susanne & Weitkunat, Karolin
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“High-fat valine feeding drives adiposity & glucose intolerance”; Metabolism Month – An online conference about energy control and metabolism; March 2021
Bishop, C. A., Henning, T., Machate, T., Klaus, S. & Weitkunat, K.
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Detrimental effects of branched-chain amino acids in glucose tolerance can be attributed to valine induced glucotoxicity in skeletal muscle. Nutrition & Diabetes, 12(1).
Bishop, Christopher A.; Machate, Tina; Henning, Thorsten; Henkel, Janin; Püschel, Gerhard; Weber, Daniela; Grune, Tilman; Klaus, Susanne & Weitkunat, Karolin
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Influence of dairy intake on odd-chain fatty acids and energy metabolism. Doctoral dissertation, University of Potsdam
Bishop, C. A.
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“Detrimental effects of branched-chain amino acids in glucose tolerance can be attributed to valine”; 59. Wissenschaftlicher Kongress der Deutschen Gesellschaft für Ernährung e. V.; Proc. Germ. Nutr. Soc., Vol. 28 (2022) 35
Bishop, C. A., Machate, T., Henning, T., Henkel, J., Püschel, G., Grune, T., Klaus, S. & Piepelow, K.
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Heptadecanoic Acid Is Not a Key Mediator in the Prevention of Diet-Induced Hepatic Steatosis and Insulin Resistance in Mice. Nutrients, 15(9), 2052.
Bishop, Christopher A.; Machate, Tina; Henkel, Janin; Schulze, Matthias B.; Klaus, Susanne & Piepelow, Karolin
