TY  - THES
A1  - Trujillo Viera, Jonathan
T1  - Protein kinase D2 drives chylomicron-mediate lipid transport in the intestine and promotes obesity
T1  - Die Proteinkinase D2 treibt den Chylomicron-vermittelten Lipidtransport im Darm an und fördert Fettleibigkeit
N2  - Obesity and associated metabolic syndrome are growing concerns in modern society due to the negative consequences for human health and well-being. Cardiovascular diseases and type 2 diabetes are only some of the pathologies associated to overweight. Among the main causes are decreased physical activity and food availability and composition. Diets with high content of fat are energy-dense and their overconsumption leads to an energy imbalance, which ultimately promotes energy storage as fat and obesity. Aberrant activation of signalling cascades and hormonal imbalances are characteristic of this disease and members of the Protein Kinase D (PKD) family have been found to be involved in several mechanisms mediating metabolic homeostasis. Therefore, we aimed to investigate the role of Protein Kinase D2 (PKD2) in the regulation of metabolism. Our investigation initiated with a mice model for global PKD2 inactivation, which allowed us to prove a direct involvement of this kinase in lipids homeostasis and obesity. Inactivation of PKD2 protected the mice from high-fat diet-induced obesity and improved their response to glucose, insulin and lipids. Furthermore, the results indicated that, even though there were no changes in energy intake or expenditure, inactivation of PKD2 limited the absorption of fat from the intestine and promoted energy excretion in feces. These results were verified in a mice model for specific deletion of intestinal PKD2. These mice not only displayed an improved metabolic fitness but also a healthier gut microbiome profile. In addition, we made use of a small-molecule inhibitor of PKD in order to prove that local inhibition of PKD2 in the intestine was sufficient to inhibit lipid absorption. The usage of the inhibitor not only protected the mice from obesity but also was efficient in avoiding additional body-weight gain after obesity was pre-established in mice. Mechanistically, we determined that PKD2 regulates lipids uptake in enterocytes by phosphorylation of Apolipoprotein A4 (APOA4) and regulation of chylomicron-mediated triglyceride absorption. PKD2 deletion or inactivation increased abundance of APOA4 and decreased the size of chylomicrons and therefore lipids absorption from the diet. Moreover, intestinal activation of PKD2 in human obese patients correlated with higher levels of triglycerides in circulation and a detrimental blood profile. In conclusion, we demonstrated that PKD2 is a key regulator of dietary fat absorption in murine and human context, and its inhibition might contribute to the treatment of obesity.
N2  - Fettleibigkeit und das damit verbundene metabolische Syndrom stellt in der modernen
Gesellschaft aufgrund der negativen Folgen für die menschliche Gesundheit und das
Wohlbefinden ein zunehmendes Problem dar. Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Typ-
2-Diabetes sind nur einige der mit Übergewicht verbundenen Pathologien. Zu den
Hauptursachen zählen eine verminderte körperliche Aktivität sowie die Verfügbarkeit
und Zusammensetzung von Nahrungsmitteln. Diäten mit hohem Fettgehalt haben
eine hohe Energiedichte und ihr übermäßiger Konsum führt zu einem
Energieungleichgewicht, das letztendlich die Energiespeicherung als Fett und
Fettleibigkeit fördert. Aberrante Aktivierung von Signalkaskaden und hormonelle
Ungleichgewichte sind charakteristisch für diese Krankheit, und es wurde festgestellt,
dass Mitglieder der Protein Kinase D (PKD) -Familie an mehreren Mechanismen der
metabolischen Homöostase beteiligt sind. Daher zielten wir darauf ab die Rolle der
Proteinkinase D2 (PKD2) bei der Regulation des Stoffwechsels zu untersuchen.
Unsere Untersuchung begann mit einem Mäusemodell für die globale PKD2-
Inaktivierung, welches es uns ermöglichte, eine direkte Beteiligung dieser Kinase an
der Lipidhomöostase und Fettleibigkeit nachzuweisen. Die Inaktivierung von PKD2
schützte die Mäuse vor fettreicher diätbedingter Fettleibigkeit und verbesserte ihre
Reaktion auf Glukose, Insulin und Lipide. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse, dass
die Inaktivierung von PKD2 die Absorption von Fett über den Darm begrenzte und die
Energieausscheidung im Kot förderte, obwohl sich die Energieaufnahme oder der
Energieverbrauch nicht änderten. Diese Ergebnisse wurden in einem Mäusemodell
mit spezifischer Deletion von intestinaler PKD2 verifiziert. Diese Mäuse zeigten nicht
nur eine verbesserte metabolische Fitness, sondern auch ein gesünderes
Darmmikrobiomprofil. Zusätzlich verwendeten wir einen niedermolekularen PKD-
Inhibitor, um zu beweisen, dass die lokale Hemmung von PKD2 im Darm ausreicht,
um die Lipidabsorption zu hemmen. Die Verwendung des Inhibitors schützte die
Mäuse nicht nur vor Fettleibigkeit, sondern verhinderte auch wirksam eine zusätzliche
Gewichtszunahme, nachdem bei Mäusen bereits Fettleibigkeit festgestellt worden
war. Mechanistisch haben wir festgestellt, dass PKD2 die Lipidaufnahme in
Enterozyten durch Phosphorylierung von Apolipoprotein A4 (APOA4) und Regulation
der Chylomicron-vermittelten Triglyceridabsorption reguliert. Die Deletion oder
Inaktivierung von PKD2 erhöhte die Häufigkeit von APOA4 und verringerte die Größe
der Chylomikronen und damit die Lipidabsorption aus der Nahrung. Darüber hinaus
korrelierte die intestinale Aktivierung von PKD2 bei adipösen Patienten mit höheren
Triglyceridspiegeln im Kreislauf und einem schädlichen Blutprofil. Zusammenfassend
haben wir gezeigt, dass PKD2 ein Schlüsselregulator für die Aufnahme von
Nahrungsfett im murinen und menschlichen Kontext ist und seine Hemmung zur
Behandlung von Fettleibigkeit beitragen könnte
KW  - Chylomicrons
KW  - Übergewicht
KW  - Proteinkinase D
KW  - Darm
KW  - Protein Kinase D2
KW  - Chylomicron
KW  - Obesity
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-265095
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mayer, Alexander E.
T1  - Protein kinase D3 signaling in the regulation of liver metabolism
T1  - Proteinkinase D3 Signalwirkung in der Regulation des Leberstoffwechsels
N2  - The liver plays a pivotal role in maintaining energy homeostasis. Hepatic carbohydrate and lipid metabolism are tightly regulated in order to adapt quickly to changes in nutrient availability. Postprandially, the liver lowers the blood glucose levels and stores nutrients in form of glycogen and triglycerides (TG). In contrast, upon fasting, the liver provides glucose, TG, and ketone bodies. However, obesity resulting from a discrepancy in food intake and energy expenditure leads to abnormal fat accumulation in the liver, which is associated with the development of hepatic insulin resistance, non-alcoholic fatty liver disease, and diabetes. In this context, hepatic insulin resistance is directly linked to the accumulation of diacylglycerol (DAG) in the liver. Besides being an intermediate product of TG synthesis, DAG serves as second messenger in response to G-protein coupled receptor signaling. Protein kinase D (PKD) family members are DAG effectors that integrate multiple metabolic inputs. However, the impact of PKD signaling on liver physiology has not been studied so far. In this thesis, PKD3 was identified as the predominantly expressed isoform in liver. Stimulation of primary hepatocytes with DAG as well as high-fat diet (HFD) feeding of mice led to an activation of PKD3, indicating its relevance during obesity. HFD-fed mice lacking PKD3 specifically in hepatocytes displayed significantly improved glucose tolerance and insulin sensitivity. However, at the same time, hepatic deletion of PKD3 in mice resulted in elevated liver weight as a consequence of increased hepatic lipid accumulation. Lack of PKD3 in hepatocytes promoted sterol regulatory element-binding protein (SREBP)-mediated de novo lipogenesis in vitro and in vivo, and thus increased hepatic triglyceride and cholesterol content. Furthermore, PKD3 suppressed the activation of SREBP by impairing the activity of the insulin effectors protein kinase B (AKT) and mechanistic target of rapamycin complexes (mTORC) 1 and 2. In contrast, liver-specific overexpression of constitutive active PKD3 promoted glucose intolerance and insulin resistance. Taken together, lack of PKD3 improves hepatic insulin sensitivity but promotes hepatic lipid accumulation. For this reason, manipulating PKD3 signaling might be a valid strategy to improve hepatic lipid content or insulin sensitivity. However, the exact molecular mechanism by which PKD3 regulates hepatocytes metabolism remains unclear. 
Unbiased proteomic approaches were performed in order to identify PKD3 phosphorylation targets. In this process, numerous potential targets of PKD3 were detected, which are implicated in different aspects of cellular metabolism. Among other hits, phenylalanine hydroxylase (PAH) was identified as a target of PKD3 in hepatocytes. PAH is the enzyme that is responsible for the conversion of phenylalanine to tyrosine. In fact, manipulation of PKD3 activity using genetic tools confirmed that PKD3 promotes PAH-dependent conversion of phenylalanine to tyrosine. Therefore, the data in this thesis suggests that PKD3 coordinates lipid and amino acid metabolism in the liver and contributes to the development of hepatic dysfunction.
N2  - Die Leber spielt eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Energiehomöostase. Der hepatische Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel ist stark reguliert, um sich schnell an Veränderungen in der Nährstoffverfügbarkeit anzupassen. Die Leber senkt postprandial den Blutzuckerspiegel und speichert Nährstoffe in Form von Glykogen und Triglyzeriden (TG). Im Gegensatz dazu stellt die Leber beim Fasten Glukose, TG und Ketonkörper bereit. Fettleibigkeit, welche aus einer Diskrepanz zwischen Nahrungsaufnahme und Energieaufwand resultiert, führt allerdings zu einer abnormalen Fettansammlung in der Leber, die mit der Entwicklung von Leberinsulinresistenz, nicht-alkoholischen Fettlebererkrankungen und Diabetes einhergeht. Hepatische Insulinresistenz steht dabei in direktem Zusammenhang mit der Akkumulation von Diacylglycerol (DAG) in der Leber. DAG ist nicht nur ein Zwischenprodukt der TG-Synthese, sondern dient auch als sekundärer Messenger im G-Protein-gekoppelten Rezeptor-Signalweg. Die Mitglieder der Proteinkinase D (PKD)-Familie sind DAG-Effektoren, die vielfache metabolische Inputs integrieren. Jedoch wurden die Auswirkungen der PKD-Signalwirkung auf die Leberphysiologie bisher nicht untersucht. Im Rahmen dieser Thesis wurde PKD3 als die in der Leber überwiegend exprimierte Isoform identifiziert. Die Stimulation von primären Hepatozyten mit DAG sowie die Fütterung von Mäusen mit fettreicher Nahrung (HFD) führte zu einer Aktivierung von PKD3, was auf eine Relevanz von PKD3 bei Fettleibigkeit hinweist. Mäusen, welchen PKD3 spezifisch in Hepatozyten fehlte und mit HFD gefüttert wurden, zeigten eine deutlich verbesserte Glukosetoleranz und Insulinsensitivität. Gleichzeitig führte jedoch die hepatische Deletion von PKD3 bei Mäusen zu einem erhöhten Lebergewicht in Folge einer erhöhten Lipidakkumulation in der Leber. Das Fehlen von PKD3 in Hepatozyten förderte die Sterol Regulatory Element-Binding Protein (SREBP)-vermittelte de novo Lipogenese in vitro und in vivo und erhöhte damit den Gehalt an Triglyceriden und Cholesterol in der Leber. Darüber hinaus supprimierte PKD3 die Aktivierung von SREBP, indem es die Aktivität der Insulin-Effektoren Proteinkinase B (AKT) und mechanistisches Ziel von Rapamycin- Komplexen (mTORC) 1 und 2 verminderte. Im Gegensatz dazu förderte die leberspezifische Überexpression von konstitutiv aktiver PKD3 die Glukoseintoleranz und Insulinresistenz. Zusammenfassend verbessert der Mangel an PKD3 die hepatische Insulinempfindlichkeit, aber fördert gleichzeitig die Akkumulation von Lipiden in der Leber. Aus diesem Grund könnte das Eingreifen in den PKD3-Signalweg eine gute Strategie zur Verbesserung des hepatischen Lipidgehalts oder der Insulinempfindlichkeit sein. Allerdings bleibt der genaue molekulare Mechanismus, mit dem PKD3 den Stoffwechsel von Hepatozyten reguliert, unklar.
Es wurden unvoreingenommene proteomische Ansätze durchgeführt, um PKD3- Phosphorylierungsziele zu identifizieren. In diesem Prozess wurden zahlreiche potenzielle Ziele von PKD3 entdeckt, welche in den verschiedensten Aspekten des Zellstoffwechsels involviert sind. Unter anderem wurde Phenylalaninhydroxylase (PAH) als Ziel von PKD3 in Hepatozyten identifiziert. PAH ist das Enzym, welches für die Umwandlung von Phenylalanin in Tyrosin verantwortlich ist. Tatsächlich bestätigte die Manipulation der PKD3-Aktivität mit Hilfe von genetischen Werkzeugen, dass PKD3 die PAH-abhängige Umwandlung von Phenylalanin in Tyrosin fördert. Deswegen legen die Daten in dieser Arbeit nahe, dass PKD3 den Lipid- und Aminosäurestoffwechsel in der Leber koordiniert und zur Entwicklung von Leber- Dysfunktion beiträgt.
KW  - Metabolismus
KW  - Proteinkinase D
KW  - Leber-Metabolismus
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-207978
ER  - 
TY  - THES
A1  - Löffler, Mona Christina
T1  - Protein kinase D1 deletion in adipocytes enhances energy dissipation and protects against adiposity
T1  - Deletion der Protein Kinase D1 in Adipocyten fördert den Energieumsatz und schützt dadurch vor Adipositas
N2  - Adaptation to alterations in nutrient availability ensures the survival of organisms. In vertebrates, adipocytes play a decisive role in this process due to their ability to store large amounts of excess nutrients and release them in times of food deprivation. In todays western world, a rather unlimited excess of nutrients leads to high-caloric food consumption in humans. Nutrient overload together with a decreased energy dissipation result in obesity as well as associated diseases such as insulin resistance, diabetes, and liver steatosis. Obesity causes a hormonal imbalance, which in combination with altered nutrient levels can aberrantly activate G-protein coupled receptors utilizing diacylglycerol (DAG) as secondary messenger. Protein kinase D (PKD) 1 is a DAG effector integrating multiple hormonal and nutritional inputs. Nevertheless, its physiological role in adipocytes has not been investigated so far. In this thesis, evidence is provided that the deletion of PKD1 in adipocytes suppresses lipogenesis as well as the accumulation of triglycerides. Furthermore, PKD1 depletion results in increased mitochondrial biogenesis as well as decoupling activity. Moreover, PKD1 deletion promotes the expression of the β3-adrenergic receptor (ADRB3) in a CCAAT/enhancer-binding protein (C/EBP)-α and δ-dependent manner. This results in elevated expression levels of beige markers in adipocytes in the presence of a β-agonist. Contrarily, adipocytes expressing a constitutive active form of PKD1 present a reversed phenotype. Additionally, PKD1 regulates adipocyte metabolism in an AMP-activated protein kinase (AMPK)-dependent manner by suppressing its activity through phosphorylation of AMPK α1/α2 subunits. Thus, PKD1 deletion results in an enhanced activity of the AMPK complex. Consistent with the in vitro findings, mice lacking PKD1 in adipocytes demonstrate a resistance to high-fat diet-induced obesity due to an elevated energy expenditure caused by trans-differentiation of white into beige adipocytes. Moreover, deletion of PKD1 in murine adipocytes improves systemic insulin sensitivity and ameliorates liver steatosis. Finally, PKD1 levels positively correlate with HOMA-IR as well as insulin levels in human subjects. Furthermore, inhibition of PKD1 in human adipocytes leads to metabolic alterations, which are comparable to the alterations seen in their murine counterparts. Taken together, these data demonstrate that PKD1 suppresses energy dissipation, drives lipogenesis, and adiposity. Therefore, increased energy dissipation induced by several complementary mechanisms upon PKD1 deletion might represent an attractive strategy to treat obesity and its related complications.
N2  - Die Anpassung an veränderte Nährstoffverfügbarkeiten sichert das Überleben eines jeden Organismus. Dabei spielen in Vertebraten vorallem Adipozyten eine entscheidende Rolle. Sie haben die Fähigkeit, große Mengen überschüssiger Nährstoffe zu speichern und diese in Zeiten des Mangels wieder freizusetzen. Heutzutage herrscht jedoch besonders in Industrieländern ein ausreichendes Angebot an Nahrungsmitteln, was zu einer übermäßigen Kalorienzufuhr einzelner Individuen führt. Durch überschüssige Energiezufuhr in Verbindung mit einem verringerten Energieverbrauch kommt es zu Fettleibigkeit und damit verbundenen Erkrankungen wie Insulinresistenz, Diabetes und nichtalkoholischer Fettleber. Übergewicht führt zu einem hormonellen Ungleichgewicht, das im Zusammenhang mit veränderten Nährstoffgehalten, unter Verwendung von Diacylglycerol (DAG) als sekundären Botenstoff, G-Protein-gekoppelte Rezeptoren unkontrollierten aktiviert. Protein Kinase D (PKD) 1 ist ein DAG Effektor, der an unterschiedlichsten hormonellen und ernährungsphysiologischen Vorgängen beteiligt ist. Die zugrunde liegende physiologische Rolle von PKD1 in Adipozyten ist jedoch weitgehend unverstanden. In dieser Doktorarbeit wird gezeigt, dass eine Adipozyten spezifische PKD1 Defizienz sowohl Lipogenese als auch die Akkumulation von Triglyceriden unterdrückt. Darüber hinaus wird durch die Deletion von PKD1 sowohl der Mitochondriengehalt als auch die Dynamik erhöht und die Entkopplungsaktivität gesteigert. Zudem wird die Expression des β3-adrenergen Rezeptors (ADRB3) durch die PKD1 Defizienz in einer CCAAT/Enhancer-Bindungsprotein (C/EBP) -α und δ-abhängigen Weise gefördert. In Gegenwart eines β-Agonisten kommt es dadurch zu einer erhöhten Expression von Genen, die auf beige Fettzellen hindeuten. Im Gegensatz dazu weisen Adipozyten, die eine konstitutiv aktive Form von PKD1 exprimieren, einen umgekehrten Phänotyp auf. Zusätzlich reguliert PKD1 den Adipozytenmetabolismus abhängig von AMP-aktivierter Proteinkinase (AMPK). PKD1 unterdrückt die AMPK-Aktivität durch Phosphorylierung von AMPK-α1/α2-Untereinheiten. Daher steigert die PKD1-Deletion die Tätigkeit des AMPK-Komplexes. In Übereinstimmung mit den In-vitro-Daten zeigen Mäuse, denen PKD1 in Adipozyten fehlt, eine Resistenz gegen nahrungsinduzierte Fettleibigkeit. Dies lässt sich durch eine gesteigerte Transdifferenzierung von weißen zu beigen Fettzellen erklären, die einen erhöhten Energieumsatz aufweisen. Weiterhin verbessert die Deletion von PKD1 in Adipozyten der Maus die systemische Insulinsensitivität und schützt vor einer Lebersteatose. In humanen Fettzellen zeigen sich ähnliche Veränderungen im Metabolismus, wie bereits in den Adipozyten der Maus beobachtet wurden. Des Weiteren korreliert die Expression von PKD1 in humanem Fettgewebe positiv mit HOMA-IR, einem Marker für Insulin-Resistenz sowie den Insulinwerten beim Menschen. Zusammengefasst weisen die Daten dieser Thesis auf, dass PKD1 den Energieverbrauch unterdrückt und sowohl Lipogenese als auch Adipositas fördert. Adipozyten, denen PKD1 fehlt, zeigen demnach einen erhöhten Energieumsatz, der durch unterschiedliche komplementäre Mechanismen verursacht wird. Dadurch könnte sich eine attraktive Strategie zur Behandlung von Fettleibigkeit und den damit verbundenen Komplikationen ergeben.
KW  - Proteinkinase D
KW  - Adipositas
KW  - protein kinase D1
KW  - beige adipocytes
KW  - AMP‐activated protein kinase
KW  - C/EBP
KW  - β3 adrenergic receptor
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-188593
ER  -