Mechanismen perinataler "Fehlprogrammierung" infolge Überernährung während kritischer Entwicklungsphasen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zielstellung des Projektes war es, unter Verwendung der „Goldstandard“-Methodik der DNAMethylierungsanalyse zu untersuchen, ob eine neonatale Überernährung im Tiermodell der „kleinen Würfe/Nester“ zu Veränderungen im Methylierungsstatus von Promotoren von Neuropeptiden bzw. Rezeptoren führt, die in die zentralnervöse Regulation von Nahrungsaufnahme, Körpergewicht und Stoffwechsel involviert sind und damit auf molekularer Ebene einen Mechanismus darstellen könnten, welcher Prozessen einer „perinatalen Programmierung“ einer permanent erhöhten Adipositasdisposition zugrunde liegt. Die gewonnenen Ergebnisse lassen folgende Kernaussagen zu: 1) Der Promotor des NPY-Gens, dessen Genprodukt das stärkste bekannte orexigen wirkende Neuropeptid darstellt, ist konstitutionell hypomethyliert (< 1%) und weist keinen Gruppenunterschied im Methylierungsgrad zwischen neonatal überernährten und normalernährten Ratten auf. Dies kann als Ausdruck einer „Resistenz“ dieses wichtigen Neuropeptids gegenüber ernährungsabhängigen, epigenetischen Modifikationen während der kritischen neonatalen Entwicklungsphase interpretiert werden. 2) Dagegen weist der Promotor des wichtigsten anorexigenen Neuropeptids, POMC, im Hypothalamus neonatal überernährter Tiere eine signifikante Hypermethylierung von Transkriptionsfaktorbindungsstellen auf, welche für die SP1-vermittelte Up-Regulation der Expression von POMC unter Hyperinsulinämie und Hyperleptinämie von zentraler Bedeutung sind. Inverse Korrelationen zwischen dem Methylierungsgrad und der leptin- bzw. insulininduzierten POMC-Expression unterstreichen die funktionelle Relevanz dieser Alterationen. 3) Der hypothalamische Insulinrezeptorpromotor weist innerhalb seiner CpG-Insel, trotz insgesamt niedriger Methylierungslevel, einen signifikant höheren Methylierungsgrad bei Tieren aus kleinen Würfen auf. Da dies jedoch am 21. LT nicht von signifikanten Gruppenunterschieden in der mRNA-Expression des Insulinrezeptors gefolgt ist, könnte es sich hierbei um eine epigenetische Disposition handeln, deren Konsequenzen erst bei fortgesetzter Exposition, z.B. gegenüber einer hochkalorischen Ernährung im späteren Leben, funktionell relevant werden. 4) Bei allen drei untersuchten Promotoren beobachteten wir signifikant positive Korrelationen zwischen den neonatalen Blutglukosespiegeln und dem Ausmass der DNA-Methylierung, was darauf hindeutet, dass die beobachteten Alterationen dosisabhängig durch die neonatale Ernährung induziert werden können. 5) In zusätzlich durchgeführten neuroelektrophysiologischen Studien zeigte sich, dass eine hypothalamische Insulinresistenz infolge neonataler Überernährung offenbar auch „upstream“ der Ebene der Transkription, d.h. an der Zellmembran, nachweisbar ist. 6) Komplementär durchgeführte epidemiologische Studien zeigen, dass eine neonatale Überernährung, wie sie bspw. die Formula-Ernährung im Vergleich zur Ernährung mit Muttermilch darstellt, auch beim Menschen dosisabhängig zu einem erhöhten Übergewichtsrisiko im späteren Leben führt. Zusammengefasst verlief die Projektbearbeitung sehr erfolgreich und lieferte eine Reihe von Ansatzpunkten für Folgeprojekte, insbesondere mögliche Kandidatenpromotoren und Transkriptionsfaktoren betreffend, die auch in anderen Tiermodellen für perinatale Programmierung untersucht werden sollen. Zusätzlich wird die im Projekt etablierte Lasermikrodissektion, in Kombination mit der Bisulfitsequenzierung und der ebenfalls etablierten real-time PCR, künftig noch spezifischere Aussagen zu Mechanismen perinataler Programmierung erlauben.
