Untersuchung zur zentralen Appetitregulation durch die Neuropeptide Ghrelin, desacyl-Ghrelin und Obestatin

Abstract

Übergewicht und Adipositas stellen weltweit ein enormes Problem dar und sind daher Gegenstand intensiver Forschung. In den vergangenen Jahrzehnten wurden zahlreiche peptiderge Mediatoren identifiziert, die als Element der brain-gut- axis maßgeblich an der Steuerung von Hunger und Sättigung beteiligt sind. Zu diesem komplexen System der humoralen Appetitregulation gehören auch die Peptide Ghrelin, desacyl-Ghrelin (DAG) und Obestatin, die durch unterschiedliche posttranslationale Prozessierung aus dem gemeinsamen Vorläuferprotein Präproghrelin entstehen. Methodik: Die appetitregulatorische Wirkung von Ghrelin, DAG und Obestatin wurde mittels verhaltensbiologischer sowie immunhistochemischer Experimente an Ratten untersucht. Die Beeinflussung der Nahrungsaufnahme (NA) und der Körpergewichtsentwicklung wurde nach intraperitonealer Injektion von DAG und Obestatin evaluiert. Die zugrunde liegenden zentralen Wirkmechanismen wurden in molekularmorphologischen Untersuchungen anhand des metabolischen Markers Fos erforscht. Ergänzend wurden intrahypothalamische Projektionsfasern durch die immunhistochemische Detektion ausgewählter Neuromodulatoren phänotypisiert. Ergebnisse/Schlussfolgerung: Die Injektion von Ghrelin führte in den hypothalamischen Kernen Ncl. arcuatus (ARC), Ncl. paraventricularis (PVN) und im dorsomedialen Hypothalamus (DMH) zu einer signifikanten Steigerung der neuronalen Aktivität. Weiterhin ergab die Faserphänotypisierung, dass die aktivierten Neurone des DMH von NPY- und AgRP-positiven Projektionsfasern umgeben sind. Da diese nach derzeitigem Kenntnisstand ausschließlich dem ARC entstammen, scheint peripheres Ghrelin über Projektionen des ARC die neuronale Aktivität im DMH zu steigern. Indes bewirkte DAG eine signifikante Inhibition der NA in Zucker-Ratten sowie bei repetitiver Injektion eine Stagnation der Körpergewichtszunahme. In immunhistochemischen Untersuchungen induzierte DAG eine signifikante Steigerung der Neuronenaktivität im ARC, PVN und DMH, während der Ncl. tractus solitarius (NTS) eine reduzierte neuronalen Aktivität aufwies. Insgesamt sprechen diese Ergebnisse für eine anorexinogene Wirkung von DAG, wobei die gesteigerte neuronale Aktivität hypothalamischer Kerngebiete eine Vermittlung des appetithemmenden Effekts über zentrale Wirkmechanismen impliziert. Indes beeinflusste Obestatin weder das Fressverhalten noch die Aktivität appetitregulatorischer Hirnkerne, was eine biologische Relevanz des Peptids im Kontext der Appetitregulation in Frage stellt. Zusammenfassung: Die vorliegende Arbeit zeigt neue Aspekte der zentralen Ghrelin-Wirkung im Sinne einer Einbeziehung des DMH über NPY-/AgRP- positive Projektionen des ARC. Die anorexinogene Potenz von DAG konnte erstmals in adipösen Versuchstieren bestätigt und Erkenntnisse zur hypothalamischen Verarbeitung des DAG-Stimulus gewonnen werden. Indes wies Obestatin als einziges der untersuchten Derivaten des Ghrelingens keinen Einfluss auf die NA und die zentrale Appetitregulation auf.

Overweight and obesity are major health problems and hence an important subject to research interest. During past decades numerous peptidergic mediators have been shown to be involved in the humoral regulation of hunger and satiety via the brain-gut-axis. In this context, the peptides ghrelin, desacyl-ghrelin (DAG) and obestatin, which all originate from preproghrelin via differential posttranslationale processing, have been identified as components of this complex system. Methods: The appetite regulating effects of ghrelin, DAG and obestatin were investigated in behavioural and immunohistochemical experiments conducted in lean Sprague Dawley and obese Zucker rats. The influence on food intake (FI) and body weight development was evaluated for intraperitoneally injected DAG and obestatin. The underlying central mechanisms were investigated in molecular morphological experiments, applying the metabolic marker Fos. Additionally, intrahypothalamic projections were detected and identified by immunohistochemical phenotyping. Results/conclusions: Injection of ghrelin induced a significant increase of neuronal activity in the hypothalamic brain nuclei Ncl. arcuatus (ARC), Ncl. paraventricularis (PVN) as well as in the dorsomedial hypothalamus (DMH). Moreover, immunohistochemical phenotyping revealed that activated neurons of the DMH were encircled by NPY- and AgRP-positive projections. As of current knowledge, these projections exclusively originate from neurons of the ARC. Therefore, we suggest, that peripheral ghrelin could increase neuronal activity in the DMH via projections from the ARC. In contrast, DAG induced a significant inhibition of FI in obese Zucker rats and repetitive injection led to stagnation in body weight gain. In immunohistochemical experiments DAG induced neuronal activity in ARC, PVN and DMH, whilst it reduced neuronal activity in the Ncl. tractus solitarius (NTS). These results indicate anorexigenic effects of DAG, which might be mediated via central mechanisms. However, in comparison application of obestatin neither influenced FI nor altered neuronal activity of appetite regulating brain nuclei, questioning biological relevance in this context. Summary: This data revealed new aspects of behavioural and neuronal effects of ghrelin gene derived peptides. Results suggest that the ghrelin induced activation of the DMH might be mediated via NPY-/AgRP-positive projections, which are likely to originate from the ARC. The anorexinogenic potential of DAG was demonstrated in obese animals for the first time and new insights into the hypothalamic processing of peripheral DAG stimuli were provided. In contrast to both other derivates of the ghrelin gene, obestatin did not influence FI or neuronal activity in key brain areas of appetite regulation in rats.