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Das metabolische Syndrom trägt über die Reduktion der Insulinsensitivität entscheidend zur Entstehung von Herz-Kreislauf- und Stoffwechsel-Krankheiten bei. Bei Adipösen sind die Serumkonzentrationen der Adipozytokine Adiponectin und Leptin so verschoben, dass kardiovaskuläre Risikofaktoren resultieren. Immer mehr Betriebe versuchen krankheitsbedingte Ausfallkosten über Gesundheitsförderungsprogramme einzusparen und dadurch die betriebliche Produktivität und Qualität zu steigern. Zudem sollen die volkswirtschaftlichen Kosten der Therapie von Lifestyle-Erkrankungen gesenkt werden. 24 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Würzburger Verkehrsbetriebe (WVV) (46,4 ± 7,6 Jahre; body mass index, BMI 37,4 ± 5,9; waist to hip ratio WHR 0,98 ± 0,07) führten ein dreimonatiges Programm mit Ernährungstherapie sowie Ausdauer- und Krafttraining durch. Zu Beginn (T0) und nach Ablauf (T1) der Interventionen wurde ein Oraler Glucose Toleranztest durchgeführt, sowie die Lipidwerte und die Hormone Adiponectin und Leptin bestimmt. Nach weiteren sechs Monaten selbständigem Training (T2) wurden die Messungen wiederholt. Bei T1 lag der mittlere BMI um 5,6%, der mittlere WHR um 3,1% niedriger als bei T0. Die Lipidwerte wurden insgesamt gesenkt, die Insulinsensitivität wieder verbessert. Die Leptinwerte normalisierten sich signifikanter als die Adiponectinwerte. Bei T2 konnten 63% der Teilnehmer ihre körperliche Konstitution beibehalten oder sogar noch verbessern. Die Lipidwerte sowie die Adipozytokine blieben konstant. Die Parameter der Insulinsensitivität konnten stabilisiert oder sogar noch verbessert werden. Mit unserer Studie konnten wir zeigen, dass den Beschäftigten durch ein umfangreiches innerbetriebliches Gesundheitsförderungsprogramm der Einstieg zur Veränderung des Lebensstils erleichtert werden kann. Zudem ist im Hinblick auf die Prävention von kardiovaskulären und metabolischen Komplikationen eine Reduzierung der Risikofaktoren gelungen. Auch konnte der positive Einfluss einer gesünderen Lebensweise auf die Adipozytokine und die Insulinsensitivität nachgewiesen werden.
Leptin reguliert die Sättigungszentren in den Kerngebieten des Hypothalamus. Zusätzlich hemmt es die Insulinsekretion der Beta-Zelle des endokrinen Pankreas. Umgekehrt fördert Insulin die Leptinsekretion des Fettgewebes. Dieser Regelkreis wird als adipoinsuläre Achse beschrieben. Fehlregulationen dieses Regelkreises werden bei übergewichtigen Patienten mit Leptinresistenz als Mechanismus bei der Ausbildung eines Diabetes mellitus Typ 2 diskutiert. In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung von Leptin auf die Beta-Zelle des endokrinen Pankreas untersucht. Ziel dieser Arbeit war die Identifikation neuer Leptin regulierter Gene. Dafür wurde unter anderem die Insulinom-Zelllinie INS-1 verwandt. In den vorliegenden Untersuchungen hemmte Leptin die mRNA-Expression von Insulin und dem Transkriptionsfaktor NeuoD1 in INS-1 Zellen. Darüber hinaus hemmte Leptin die mRNA- und Proteinexpression von Secretogranin II (Scg II) in INS-1 Zellen. Scg II wurde mit immunzytochemischen Färbungen in den Vesikeln von INS-1 Zellen nachgewiesen. Leptin hemmte des Weiteren die mRNA- und Proteinexpression sowie die Enzymaktivität der katalytischen Untereinheit der Protein Phosphatase 1 alpha (PP-1alpha) in INS-1 Zellen. In humanen Pankreasinseln wurde eine Kolokalisation von PP-1alpha und Insulin nachgewiesen. Eine Hemmung von PP-1alpha durch Calyculin A (Cal A) führte zu einer Reduktion der Insulinsekretion von INS-1 Zellen und humanen Pankreasinseln, sowie zu einer Reduktion des Kalzium-Influxes in INS-1 Beta-Zellen. Anhand dieser Ergebnisse könnte die hemmende Wirkung von Leptin auf die Insulinsekretion durch eine Regulation von PP-1alpha erklärt werden. Dabei führt die Inhibition von PP-1alpha zu einer Hemmung der Kalzium Kanäle, die wiederum eine Reduktion der Insulinsekretion bewirkt. In dieser Arbeit wurden neue Leptin regulierte Gene in INS-1 Beta-Zellen identifiziert und charakterisiert. Diese Ergebnisse zeigen neue Einblicke in die Regulation der Insulinsekretion. Darüber hinaus ergeben sich für die Zukunft mögliche Ansatzpunkte bei der Therapie des Diabetes mellitus Typ 2.
Das Fettgewebshormon Leptin hemmt in Beta-Zellen des endokrinen Pankreas die Insulinbiosynthese und –sekretion. Insulin dagegen als adipogenes Hormon fördert die Leptinproduktion, so dass ein Regelkreis, die so genannte “Adipoinsuläre Achse“ entsteht. Fehlregulationen dieser Achse werden vor allem bei übergewichtigen Menschen mit einer Hyperleptinämie im Rahmen der Pathogenese des Diabetes mellitus Typ 2 diskutiert. Die genauen molekularen Mechanismen über die die transkriptionellen Effekte von Leptin auf die Proinsulingen Expression erfolgen sind bis dato nicht ausreichend verstanden. Die Signalübertragung von Leptin erfolgt über den JAK-STAT-Signalübertragungsweg. Dieser Signalübertragungsweg kann durch Moleküle aus der Familie der Suppressors of Cytokine Signalling (SOCS) gehemmt werden. Ziel dieser Arbeit war die Leptin vermittelte Signaltransduktion in Beta-Zellen des endokrinen Pankreas sowie die Insulingen Expression näher zu charakterisieren. Stimulation mit Leptin führt zu einer JAK2 abhängigen Phosphorylierung und zeitabhängigen nukleären Translokation von STAT3 und STAT5b in INS-1 Zellen. Sowohl STAT3 als auch STAT5b aktivieren den Proinsulingen Promotor in INS-1 Zellen. Für STAT5b konnte in INS-1 Zellen gezeigt werden, dass diese Aktivierung durch Interaktion mit PDX-1, dem zentralen Regulator der -Zelldifferenzierung und –funktion, und Koaktivator CBP/p300 erfolgt. Diese synergistische Aktivierung ist abhängig von der PDX-1 Bindungsstelle, dem A3/A4 Element im Ratten-Insulingenpromotor 1. Weiterhin konnte in INS-1 Zellen in vitro gezeigt werden, dass Leptin die mRNA Expression von SOCS3 induziert. Eine Aktivierung des Ratten SOCS3 Promotors konnte sowohl durch Leptin, als auch durch STAT3 und STAT5b nachgewiesen werden. Diese Aktivierung erfolgt über spezifische Bindung von STAT3 und STAT5b an bekannte STAT-Bindungsstellen im SOCS3 Promotor, was durch EMSAs mit Kernextrakten von INS-1 Zellen demonstriert werden konnte. SOCS3 wiederum hemmt sowohl die basale als auch die STAT3 und STAT5b vermittelte Aktivierung des Ratten-Insulinpromotors 1 in INS-1 Zellen. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass SOCS3 ein Leptin induzierter Inhibitor der Proinsulingen Expression in pankreatischen Beta-Zellen ist, im Sinne einer negativen Rückkoppelung. SOCS3 ist somit ein direkter Vermittler der Leptin Signalübertragung distal von JAK-STAT in Beta-Zellen des endokrinen Pankreas.