Mitochondriale miRNAs (mitomiRs): Plausible Hauptakteure bei Subfertilität infolge von metabolischem Stress bei Hochleistungskühen

• Antragsteller: Vijay Simha Baddela, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Tiermedizin ; Tierzucht, Tierernährung, Tierhaltung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429933338

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Milchkühe erleben häufig eine negative Energiebilanz (NEB) während der Perinatalperiode, da der Energiebedarf nicht durch die Futteraufnahme gedeckt wird. NEB führt zur Mobilisierung von Fettreserven, was die Konzentration freier Fettsäuren (FFAs) im Blutplasma erhöht. Diese gelangen in die Follikelflüssigkeit und beeinflussen die Funktion der Eierstockfollikel. In dieser Studie untersuchten wir die Rolle von FFAs auf Granulosazellen (GCs) der Eierstockfollikel, die die Hauptquelle der Produktion weiblicher Sexualhormone (Estradiol) sind. Unsere Ergebnisse zeigen gegensätzliche Effekte von gesättigten und ungesättigten Fettsäuren: Ungesättigte FFAs wie Oleinsäure (OA) und Alpha-Linolensäure (ALA) verringern die Estradiolproduktion, während gesättigte FFAs wie Palmitinsäure (PA) und Stearinsäure (SA) die Estradiolspiegel im Vergleich zur Kontrolle erhöhen. Unter physiologischen Bedingungen jedoch kommen beide Arten von FFAs gleichzeitig im Blut und in der Follikelflüssigkeit vor. Unsere Analyse der kombinierten Wirkung von OA, PA und SA zeigte keinen signifikanten Einfluss auf die Estradiolproduktion in Granulosazellen, was auf eine neutrale Wirkung der FFA-Mischung hindeutet. Wir untersuchten auch, wie erhöhte FFA-Spiegel den Glukosestoffwechsel in Granulosazellen beeinflussen. Die Ergebnisse zeigten, dass ungesättigte Fettsäuren den Glukoseverbrauch erhöhen und durch verstärkte aerobe Glykolyse eine metabolische Reprogrammierung bewirken. Im Gegensatz dazu hatten gesättigte Fettsäuren keinen Einfluss auf den Glukosestoffwechsel. Eine Analyse des mitochondrialen Membranpotentials (MMP) zeigte, dass ungesättigte Fettsäuren das MMP senken, was auf eine verringerte mitochondriale Aktivität hindeutet, die bei gesättigten FFAs nicht beobachtet wurde. Eine kombinierte Behandlung mit beiden FFA-Typen hatte keinen Einfluss auf das MMP, hemmte jedoch leicht, aber signifikant die Glukoseaufnahme im Vergleich zu BSA. Diese Ergebnisse legen nahe, dass gesättigte und ungesättigte FFAs gegensätzliche Effekte auf die Steroidproduktion und den Energiestoffwechsel in Granulosazellen ausüben. Unter physiologischen Bedingungen scheint ihre Wirkung jedoch neutral zu sein. Zusätzliche Analysen zeigten, dass ungesättigte FFAs die AKT- und MAPK3/1-Signalwege aktivieren, die sowohl die Estradiolproduktion (durch Regulation von CYP19A1) als auch den Glukosestoffwechsel beeinflussen. Da physiologische NEFA-Mischungen keine wesentlichen Veränderungen in der Funktion von GCs verursachen, analysierten wir MitomiR-Profile unter OA- und PA-Behandlungen. Um Kontamination durch zytoplasmatische RNA zu verhindern, wurden verschiedene Maßnahmen ergriffen. Die RNA-Sequenzierung zeigte in der PCA keine deutlichen Unterschiede zwischen PA-, OA- und BSA-Proben. Zudem zeigten MitomiRs keine signifikanten Expressionsunterschiede zwischen den Gruppen. Let-7a-5p war in allen Gruppen eines der häufigsten MitomiRs und reguliert mitochondriale Genexpression sowie oxidative Phosphorylierung. Eine genomweite Genexpressionsanalyse von BSA- und physiologischen NEFA-Mischungen identifizierte 176 unterschiedlich regulierte Gene, die an Energiestoffwechsel, Insulinsensitivität und Zelltod beteiligt sind. Zusammenfassend legen unsere Ergebnisse nahe, dass erhöhte FFA-Spiegel unter physiologischen Bedingungen die Steroidproduktion in Granulosazellen nicht direkt beeinflussen. Obwohl MitomiRs mitochondriale Prozesse regulieren, fanden wir keine signifikante Regulation der MitomiR-Expression durch FFAs. Zukünftige Forschung könnte untersuchen, wie erhöhte NEFA die Produktion von Gonadotropinen, die Eizellreifung und die Entwicklungskompetenz beeinflussen, um weitere Einblicke in metabolisch bedingte Subfertilität bei Milchkühen zu gewinnen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Non-esterified fatty acids in the ovary: friends or foes?. Reproductive Biology and Endocrinology, 18(1).
  Baddela, Vijay Simha; Sharma, Arpna & Vanselow, Jens
  
• Estradiol production of granulosa cells is unaffected by the physiological mix of nonesterified fatty acids in follicular fluid. Journal of Biological Chemistry, 298(10), 102477.
  Baddela, Vijay Simha; Michaelis, Marten; Sharma, Arpna; Plinski, Christian; Viergutz, Torsten & Vanselow, Jens
  
• Palmitic acid protects granulosa cells from oleic acid induced steatosis and rescues progesterone production via cAMP dependent mechanism. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids, 1867(8), 159159.
  Baddela, Vijay Simha; Sharma, Arpna; Plinski, Christian & Vanselow, Jens
  
• ERK1/2-SOX9/FOXL2 axis regulates ovarian steroidogenesis and favors the follicular–luteal transition. Life Science Alliance, 6(10), e202302100.
  Baddela, Vijay Simha; Michaelis, Marten; Tao, Xuelian; Koczan, Dirk & Vanselow, Jens
  
• Saturated fatty acids inhibit unsaturated fatty acid induced glucose uptake involving GLUT10 and aerobic glycolysis in bovine granulosa cells. Scientific Reports, 14(1).
  Tao, Xuelian; Rahimi, Maryam; Michaelis, Marten; Görs, Solvig; Brenmoehl, Julia; Vanselow, Jens & Baddela, Vijay Simha