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Bibliografische Informationen
 Multi-Omics-Ansätze zur Charakterisierung akuter und zyklischer Fastenantworten  
 Fasten aktiviert eine koordinierte systemische Antwort in zentralen metabolischen Geweben wie dem Fettgewebe (Adipose Tissue, AT) und der Leber aus. Zu Beginn der Fastenperiode mobilisiert das AT gespeicherte Lipide, während die Leber Glukoneogenese und Ketogenese einleitet um die Energiehomöostase aufrechtzuerhalten. Wichtig dabei sind Transkriptionsfaktoren (TFs), die an Promotor- und Enhancer-Regionen binden und die Transkription zu regulieren. Obwohl einzelne fasteninduzierte Regulatoren bereits beschrieben wurden, ist ihre zeitlich koordinierte Aktivität bislang unzureichend erforscht. TF-gebundene Enhancer erzeugen kurzlebige Enhancer-RNAs. Mithilfe von quantitativen Precision Run-On Sequenzierung (qPRO-seq) haben wir den ersten naszenten transkriptionsbasierten Atlas fastenregulierten Gene und Enhancer in Leber und AT erstellt.

Im AT beobachten wir innerhalb von 3-6 Stunden nach Nahrungsentzug eine raschen Aktivierung lipolytischer Gene (Pnpla2, Hsl) und einer Runterregulierung von Lipidspeichergenen (Gk). Mit qPRO-seq identifizierten wir Tausende von eRNAs und SEs die eine dynamische Aktivierung zeigten. Die TF-Motivanalyse in diesen Enhancern weist auf eine frühe Anreicherung von TFs wie SP1, NFE2L2 und RARγ hin. Die Kombination von qPRO-seq mit snATAC-seq ermöglichte eine zelltypspezifische Auflösung und zeigte eine fasteninduzierte Chromatinveränderung in Adipozyten nach 6 Stunden, insbesondere an Genen, die am Lipidstoffwechsel (Nrf1) und der Autophagie (Atg7) beteiligt sind.

In der Leber zeigte die qPRO-seq Analyse eine zeitlich strukturierte transkriptionelle Aktivierung wichtiger metabolischer Gene, einschließlich Pck1 und G6PC. Enhancer Analysen ergab eine Anreicherung von TF-Motiven, deren Komplexität im Fastenverlauf zunahm. Zu Beginn kam es zu einer Anreicherung von Chromatin-strukturellen (CTCF) und zirkadianen (Reverb, NPAS2, BMAL1) TF-Motiven, gefolgt von metabolischen und Immunregulatoren (FXR, NR5A2, IRF, BATF, NFkB). Nach 24 Stunden waren Enhancer mit kanonischen Fasten-TF-Motiven angereichert, darunter FoxO1, PPARα, C/EBPβ.

Abschließend verglichen wir die systemischen und hepatische Reaktionen auf kurz- und langfristige Ernährungsrestriktionen von Mäusen, die intermittierendem Fasten (IF) oder einer Scheinfastendiät (FMD) unterzogen wurden. Beide Interventionen aktivierten PPARα-gesteuerte Fettsäureoxidation und Ketogenese in der Leber. Kurzzeitige FMD (ein Zyklus) induzierte eine stärkere metabolische Antwort als IF, was sich in einer niedrigeren Plasmakonzentration von FGF21 und Ketonkörpern widerspiegelte. Auffällig ist, dass wiederholte FMD (drei Zyklen) die Fettsäureoxidation reduzierten, wahrscheinlich durch eine Erschöpfung der Fettspeicher, während wiederholtes IF (vier Zyklen) die Fettsäureoxidation aufrechterhielten.

Die integrative Multi-Omics-Analyse zeigt eine zeitabhängige Veränderung bei Transkription und Chromatinstruktur in der Leber und AT bei akutem und zyklischem Fasten. Die identifizierten Enhancer, SEs und TF-Netzwerke bieten eine Grundlage für zukünftige Studien zu fastenbasierten Therapien.  

 
 Fasten; Intermittierendes Fasten; Fasten-Scheindiät (FMD); RNA-seq; qPRO-seq; Transkription; Metabolite; Fettgewebe; Leber; Transkriptionelle Regulierung  
 
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Autorinnen*Autoren / Co-Autorinnen*Co-Autoren
  Michenthaler, Helene; BSc MSc
Betreuende Einrichtung / Studium
  Lehrstuhl für Zellbiologie, Histologie und Embryologie
 UO 790 202 Dr.-Studium der medizin. Wissenschaft; Humanmedizin  
Betreuung / Beurteilung
  Prokesch, Andreas; Assoz. Prof. Priv.-Doz. Dr.
  Krstic, Jelena; Ass.-Prof. Priv.-Doz. Dr.
  Sedej, Simon; Assoz. Prof. Priv.-Doz. Dr.rer.nat.