Retinol-Bindungsprotein 4 im Glukose-, Fett- und Energiestoffwechsel

Abstract

Das Retinol-Bindungsprotein 4 (RBP4) mobilisiert bei Bedarfszuständen Retinol aus der Leber und fungiert als spezifisches Transportprotein für Retinol im Serum. Transthyretin (TTR), in der Maus das wichtigste Schilddrüsenhormon- Transportprotein, liegt als Komplex mit RBP4 im Blut vor. Eine andere Arbeitsgruppe zeigte, dass sowohl die Injektion von humanem rekombinanten RBP4 in C57BL/6-Mäusen als auch die muskuläre Überexpression von humanem RBP4 in einem Mausmodell zur Insulinresistenz führt. Nachfolgende Studien wiesen eine Erhöhung von RBP4 im Serum bei Adipositas und Diabetes mellitus Typ 2 nach. Dies führte zu der weit verbreiteten Hypothese RBP4 sei das Bindeglied zwischen Adipositas und Insulinresistenz. Andere Studien konnten jedoch den Zusammenhang zwischen RBP4, Adipositas und Insulinresistenz nicht reproduzieren, sodass die Rolle von RBP4 in diesem Kontext weiterhin kontrovers diskutiert wird. Die vorliegende Arbeit soll aus diesem Grund zu einem erweiterten Verständnis der Funktion von RBP4 im Metabolismus beitragen. Im Rahmen dessen wurde der Zusammenhang der RBP4-vermittelten Retinol- Mobilisation aus der Leber mit dem Glukose-, Fett- und Energiestoffwechsel untersucht. Außerdem wurde die Interaktion von RBP4 mit TTR analysiert. Hierfür wurden zwei neue Mausmodelle mit Hilfe Adeno-assoziierter Viren etabliert, die eine leberspezifische RBP4-Überexpression oder RBP4-Depletion in erwachsenen männlichen C57BL/6J Mäusen hervorrufen. Anschließend erfolgte eine Analyse des Glukose-, Fett- und Energiestoffwechsels. Zusätzlich wurde bei der leberspezifischen RBP4-Depletion TTR im Serum sowie in der Leber untersucht und die Gesamtkonzentration der beiden Schilddrüsenhormone Thyroxin (T4) und 3,3',5-Triiodothyronin (T3) bestimmt. Die Mäuse mit einer leberspezifischen RBP4-Überexpression zeigten keine eingeschränkte Glukosetoleranz. Weiterhin führte die RBP4-Überexpression in der Leber zu keiner Veränderung im Glukose-, Fett- oder Energiestoffwechsel. Die Mäuse mit leberspezifischer RBP4-Depletion wiesen einen verminderten TTR-Spiegel im Serum und reduzierte Mengen an TTR-Dimeren in der Leber auf. Sie zeigten einen verminderten Gesamt-T3-Serumspiegel und einen unveränderten Gesamt-T4-Serumspiegel. Außerdem kam es zu verbesserter Glukosetoleranz sowie zur Steigerung von Futteraufnahme, lokomotorischer Aktivität und Energieverbrauch. Der Fettstoffwechsel blieb unverändert. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass eine Erhöhung der RBP4-Werte im Serum nicht per se zu einer verminderten Glukosetoleranz führt. Außerdem bedingt höchstwahrscheinlich eine verminderte leberspezifische RBP4-Expression bei erwachsenen Mäusen eine reduzierte TTR-Sekretion aus der Leber und diese folglich einen verminderten TTR-Serumspiegel. Weiterhin implizieren die Daten der leberspezifischen RBP4-Depletion einen veränderten Transport der Schilddrüsenhormone, verursacht durch den reduzierten TTR-Spiegel im Serum. Dies könnte zu einer gesteigerten Aktivität der Schilddrüsenhormone in den Geweben führen, welche sowohl gesteigerte Futteraufnahme, erhöhte lokomotorische Aktivität und erhöhten Energieverbrauch als auch die verbesserte Glukosetoleranz der Mäuse erklären würde. Zur Bestätigung dieser Hypothese sind jedoch weiterführende Untersuchungen nötig. Die Ergebnisse dieser Arbeit geben einen ersten Hinweis auf die Notwendigkeit von leberspezifischem RBP4 für die TTR-Sekretion aus der Leber und die Aufrechterhaltung eines ausreichenden TTR-Serumspiegels. Weiterhin führt eine leberspezifische RBP4-Depletion zu einer verbesserten Glukosetoleranz sowie zu gesteigerter Futteraufnahme, lokomotorischer Aktivität und Energieverbrauch. Erstaunlicherweise führt eine leberspezifische RBP4-Überexpression zu keiner eingeschränkten Glukosetoleranz.

The retinol binding protein 4 (RBP4) mobilizes retinol from the liver in states of need and serves as the specific transport protein for retinol in serum. Transthyretin (TTR) is the most important transport protein for thyroid hormones in mice and circulates in the blood in complex with RBP4. Another workgroup demonstrated, that both the injection of human recombinant RBP4 in C57BL/6 mice and the muscular overexpression of human RBP4 in a mouse model cause insulin resistance. Further studies showed an increase of RBP4 in serum of obese or type 2 diabetic patients. This led to the widespread hypothesis that RBP4 links obesity with insulin resistance. Nevertheless, other studies could not replicate the connection between RBP4, obesity and insulin resistance and therefore the role of RBP4 in this context remains highly debatable. The present study contributes to this discussion by further investigating the metabolic role of RBP4 focusing on the link between RBP4-mediated retinol mobilisation from the liver and glucose, fat and energy metabolism. Furthermore, the interaction between RBP4 and TTR was analysed. In this context, two new mouse models were established by means of adeno- associated viruses that induce either liver specific overexpression or depletion of RBP4 in adult, male C57BL/6J mice. A close analysis of the glucose, fat and energy metabolism followed. Additionally, TTR was examined in the blood and liver of mice with liver specific RBP4-depletion and the total concentration of both thyroid hormones, thyroxine (T4) and 3,3',5-triiodothyronine (T3), was measured. In mice with a liver specific overexpression of RBP4, glucose tolerance was not impaired. Furthermore, RBP4 overexpression in the liver did not cause any alterations in the glucose, fat or energy metabolism. However, in liver specific RBP4-depleted mice levels of TTR in serum and TTR dimers in the liver were reduced. The total-T3 serum levels decreased and total-T4 serum levels remained unchanged. Besides, glucose tolerance improved and food intake, locomotive activity and energy expenditure increased, but fat metabolism remained unaltered. Our experiment demonstrates that increased RBP4 serum levels do not per se cause impaired glucose tolerance. Furthermore, most likely a decreased liver specific expression of RBP4 in adult mice leads to a reduced TTR secretion in the liver and consequently to a lowered TTR serum level. Moreover, the data of the liver specific RBP4-depletion implicate a modified transport of thyroid hormones provoked by reduced TTR serum levels. This might result in an increased tissue activity of thyroid hormones, which could explain improved glucose tolerance as well as higher food intake, locomotor activity and energy use of the animals. However further research is necessary to confirm this hypothesis. The results of this study provide initial indication that liver specific RBP4 is crucial to both TTR secretion off the liver and the maintenance of a sufficient TTR serum level. Furthermore, liver specific RBP4-depletion leads to improved glucose tolerance, increased food intake, locomotive activity and energy use. Surprisingly, a liver specific overexpression does not cause impaired glucose tolerance.