Fettsynthese beim Rind: Struktur und ernährungsabhängige, gewebespezifische Regulation von Promotoren der Acetyl-Coenzym-A-Carboxylase bei der Milchkuh in der Übergangsphase
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Milchleistung der Kühe erfordert große Mengen von Ressourcen, die während der frühen Laktation nicht hinreichend über die tägliche Nahrungsaufnahme ersetzt werden können. Zum Ausgleich des Mangels wird Fett aus Depots mobilisiert, die wahrend der Vorbereitung auf die Abkalbung angelegt wurden. Diese Mobilisierung muss balanciert erfolgen, um Stoffwechselstörungen zu vermeiden. Für die Geschwindigkeit der Fettsynthese ist die Enzymaktivität der Acetj'l-Coenzym A-Catboxylase a (ACCa) limitierend. Daher wurde in dem Projekt davon ausgegangen, dass der Aktivitätsregulation dieses Enzyms eine Schlüssehrolle bei der Anlage und Mobilisierung von Fettdepots zukommt. Die Erweiterung des Verständnisses über die entsprechenden Kontrollmechanismen sollte daher Iiilfreich sein zur Gestaluing angemessener Futterrationen für die Kuh in den unterschiedlichen Stadien des Milchbildungszyklus. Wir hattt;n in Voruntersuchungen gezeigt, dass die E.xprcssion der ACCa im Fettgewebe von einem ernährungs ab hängig regulierten Promoter (PI) kontrolliert wird, der gmndsätzlich reprimiert ist. Daher wairde vermutet, dass seine akute Regulation durch relevante Hormone (z.B Insulin) und ernährungsabhängigen Metaboliten (z. B. aus dem Kohlehydrat-Abbau) erst dann relevant untersucht und verstanden werden kann, wenn man die physiologische Regulation dieses Repressionsmechanismus kennt. In diesem Projekt sollte daher einerseits dieser Repressor des PI molekular charakterisiert werden und sein Einfluss auf akute Regulation des PI durch z. B. Insulin untersucht werden. Andererseits wurde an hochlcistcnden Milchkühen untersucht, ob man im letzten Trimester vor der Abkalbung durch eine Applikation von im Kohlenhydrat/Fett-Verhältnis veränderten Futterrationen Einfluss nehmen kann auf die Anlage von Depotfett sowie dessen Mobilisierung in der frühen bis mitderen Laktation. Auch wurde der Fü tte rungscin fluss auf Milchleistung, sowie den Metaboliten status des Fetts to ffwcchscls in den Tieren charakterisiert. Der Hauptrepressor von PI wurde molekular charakterisiert. Er besteht aus zwei ubiquitär exprimierten Transkriptionsfaktoren (C/EBP-ß und NF-Y). Sie binden in höherer Konzentration an distal gelegene reprimierend wirkende, Sequenzelemente. Beide Faktoren binden aber in geringer Konzentration auch an proximale, hoch-affine Ansatzstellen und fördern hier die Promotoraktivität. NF-Y Faktoren können in trans mit C/ERBP Faktoren interagieren und blockieren dann deren förderlichen Einfluss auf die Pi Aktivität. Vermutiich also können die entfernt gebundenen NF-Y Faktoren durch Rückschleifung in räumlicher Nachbarschaft zu den proximal gebundenen C/EBPß Faktoren gebracht werden. Dadurch wird die Aktivität von PI gemindert. Analoges ist für den distal bindenden C/EBP Faktor anzunehmen, der die Wirkung des proximalen NF-Y Faktors blockiert. Überraschenderweise haben sich keine Hinweise auf eine Beteiligung dieses Repressors an der akuten, ernährungsabhängigen Regulation der PI Aktivität ergeben. Vielmehr liegt die Bedeumng dieses Kontrollmechanismus in der Fesüegung der sehr unterschiedlichen PI Aktivität in den verschiedenen Geweben (laktierende Müchdrüse 40fach stärker als in der Leber). Die Untersuchungen zeigen vielmehr, dass an der akuten, ernährungsabhängigen Regulation von PI die verschiedenen C/EBPTranskriptionsfaktoren entscheidenden Anteil haben. Im ernährungsphysiologischen Teü des Projektes wurde davon ausgegangen, dass eine fettbetonte Ration zu einer Reduktion der Acca-Expression führt, während es durch die stärkebetonte Ration zu einer Aufregulation von Acca kommen sollte: Gefunden wurde jedoch, dass die ACCa mRNA und ACCa-PI Aktivität unabhängig von der Ernährung von Tag 10 zu Tag -l-l um 97% reduziert. Dies weist daraufhin, dass die l-'ettsäurensynthese im subkutanen Fettgewebe unmittelbar bei der Kalbung abgeschaltet wird und zwar unabhängig von der Nährstoffzusammensetzung. Überraschend woirde ein lang anhaltender Emfluss (>90 Tage) der unterschiedlichen Diäten, die im letzten Monat vor der Abkalbung verabreicht wurden, auf die Milchleistung in den ersten drei Monaten nach der Abkalbung gefunden. Dies erhärtet unsere grundsätzliche Hj-pothese, dass über geeignete Fütterung vor der Abkalbung sehr wohl der Verlauf der nachfolgenden Laktation beeinflusst werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Duske K, Langhof A-K, Hammon HM, Seyfert H-M, Metges CC. Feed intake, milk production, and metabolic changes in high-yielding dairy cows fed a diet containing rumen-protected fat during the dry period. Proc Soc Nutr Physiol 17, 27 (No. I), 2008.
- Duske K, Langhof AK, Hammon HM, Seyfert H-M, Metges CC. Feed intake, milk production and metabolic changes in high-yielding dairy cows fed either a starch-based or a fat-accentuated diet during the dr>' period. In: Production Diseases in Farm Animal (ed. M Fürll). Proceedings ofthe 13th International Conference on Production Diseases in Farm Animals (ISBN 978-3-934178-90-8), Leipzig, 203, 2007.
- Hammon HM, Duske K, Langhof A-K, Schneider F, Seyfert HM, Metges CC. Feeding rumen-protected fat (RPF) during the dry period: Effects on milk production and glucose metabolism in high-yielding dairy cows. J Anim Sei 86, E-Suppl. 2/J Dairy Sei 91, ESuppl. I, 75 (T217), 2008.
- Hammon HM, Langhof A-K, Duske K, Schneider F, Metges CC. Effects of rumen-protected fat (RPF) feeding on glucose metabolism in high-yielding dairy cows. J Anim Sei 86, ESuppl. 2/J Dairy Sei 9L E-Suppl. I, 74 (T216), 2008.
- Hammon HM, Langhof A-K, Duske K, Schneider F, Seyfert H-M, Metges CC. Glucose metabolism in high-yielding dairy cows fed rumen-protected fat. Proc Soc Nutr Physiol 17, 44 (No. 18), 2008.
- Kuhla B, Duske K, Langhof A-K, Hammon HM, Metges CC. Lipid peroxidation product modified proteins formed during the periparturient period of high-yielding dairy cows. In: Production Diseases in Farm Animal (ed. M Fürll). Proceedings ofthe 13th International Conference on Production Diseases in Farm Animals, Leipzig (ISBN 978-3-934178-90- 8), 202, 2007.
- Langhof AK, Duske K, Seyfert H-M, Schönhusen U, Metges CC, Hammon HM. Metabolic changes and glucose transporter in small intestinal mucosa of high-yielding dairy cows fed either a starch-based (SD) or a fat-accentuated diet (FD). In: Production Diseases in Farm Animal (ed. M Fürll). Proceedings of the 13th International Conference on Production Diseases in Farm Animals (ISBN 978-3-934178-90-8), Leipzig, 167, 2007.
- Metabolism and lactation performance in dairy cows fed a diet containing rumen-protected fat during the last twelve weeks of gestation. Duske, K.; Hammon, H.M.; Langhof, A.- K.; Bellmann, O.; Losand, B.; Nürnberg, K.; Nürnberg, G.; Sauerwein, H.; Seyfert, H.-M.; Metges, C.C. J. Dairy Sei, 2008, doi I0.3l68/jds.2008-1543
- Molecular dissection of promoter I of the bovine Acetyl-Coenzyme A Carboxylase-a encoding gene (ACC-ä), X.-M. Shi', C. C. Metges'. H.-M. Seyfert'' DGf2 Tagung in Hohenheim, September 2007
- X.-M. Shi, C C Metges, H.-M. Seyfert. Molecular mechanism repressing the nutritionally regulated Promoter I of the Acetyl-CoA^carboxylase-a-encoding gene in cattle. DGfZ Tagung, September 2008
