Nadine Slomma

Wirkung konjugierter Linolsäuren (CLA) auf den Lipidstoffwechsel und auf die Bildung von Eicosanoiden von Hep G2-Zellkulturen und am Modelltier Ratte

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ernährungswissenschaften (Dr. troph.) vorgelegt an der Landwirtschaftlichen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 18.10.2004

Abstract
Konjugierte Linolsäuren (engl.: conjugated linoleic acid, CLA) sind biologisch hoch aktive Substanzen, die sich in einigen ihrer Eigenschaften von denen der Linolsäure unterscheiden. Aus Zellkultur- und Tierstudien ist bekannt, dass CLA den Lipidstoffwechsel und die Bildung von Eicosanoiden beeinflussen. Die Ergebnisse sind jedoch zum Teil kontrovers und es gibt nur wenige Erkenntnisse darüber, ob CLA Enzyme, die im Lipid- und Eicosanoidstoffwechsel involviert sind, auf Transkriptions- und/oder Translationsebene beeinflussen. Auch liegen nur wenige Informationen über die Wirkung einzelner CLA-Isomere vor. Deshalb bestand das Ziel der vorliegenden Arbeit darin, die Wirkung von cis-9,trans-11 CLA und trans-10,cis-12 CLA auf die Fettsäuredesaturation, auf Lipide und auf die Bildung von Eicosanoiden aus der Arachidonsäure im Detail zu charakterisieren.
Um isolierte Effekte von cis-9,trans-11 CLA und trans-10,cis-12 CLA zu untersuchen, wurden im ersten Teil der Arbeit Versuche mit Hep G2-Zellkulturen durchgeführt. Unter den beiden untersuchten CLA-Isomeren ist trans-10,cis-12 CLA das aktive Isomer im Lipidmetabolismus und bei der Bildung von Eicosanoiden in Hep G2-Zellen. Trans-10,cis-12 CLA hemmte die 9-Desaturierung gesättigter Fettsäuren, die 6-, 5-Desaturierung von Linolsäure und die 6-, 5- und 4-Desaturierung von -Linolensäure in Hep G2-Zellen. Dieser Effekt dürfte offensichtlich nicht auf eine veränderte Genexpression der Desaturasen, sondern auf eine Inaktivierung des Enzymproteins zurückzuführen sein. Trans-10,cis-12 CLA stimulierte die Bildung von 6-keto-Prostaglandin (PG) F1 und PGF2 in Hep G2-Zellen, wobei die Enzyme sekretorische Phospholipase A2 und Cyclooxygenase-1 in den hier durchgeführten Versuchen keine Rolle spielten. Trans-10,cis-12 CLA stimulierte die Lipogenese in Hep G2-Zellen durch erhöhte Aktivitäten von Fettsäure-Synthetase und Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase.
Begleitend dazu wurde im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit ein Fütterungsversuch mit männlichen Sprague-Dawley-Ratten als Modelltieren durchgeführt. Im Vordergrund stand hier der Einfluss von CLA auf den Stoffwechsel von (n-3)-PUFA. Bei Ersatz von Diätfetten, welche reich an Linolsäure sind, durch Diätfette, welche hohe Konzentrationen an CLA und geringe Konzentrationen an Linolsäure enthalten, waren erhebliche Veränderungen im Stoffwechsel von (n-3)-PUFA in der Rattenleber zu erkennen. Aufgrund der ermittelten Resultate ist es wahrscheinlich, dass die erhöhte Bildung und Inkorporierung von langkettigen (n-3)-PUFA in die Leberphospholipide sowie die verminderten Eicosanoidkonzentrationen in der Leber in geringere Arachidonsäuregehalte in den Leberphospholipiden begründet sind. Das höhere Lebergewicht der Ratten, deren Diät CLA enthielt, ist auf die höhere Konzentration an Triglyceriden in der Leber zurückzuführen, die Folge der erhöhten Aktivität der Fettsäure-Sythetase im Lebercytosol war.

Conjugated linoleic acids (CLA) are biologically highly active compounds which differ in their biologic properties in several ways from linoleic acid. Recent studies on cell culture and animal modells demonstrated that CLA affects the lipid metabolism and the formation of eicosanoids. However, some results in this regard are contradictory and experimental evidence that CLA affects enzymes of lipid metabolism and of eicosanoid formation is lacking so far. The effets of single isomers of CLA has not yet been studied in detail. Therefore, the aim of the present work was to determine the effects of two different isomers of CLA, cis-9,trans-11 CLA and trans-10,cis-12 CLA, on fatty acid desaturation, on lipids and on the formation of eicosanoids deriving from arachidonic acid.
In the first part of the work Hep G2 cells were treated with cis-9,trans-11 CLA or trans-10,cis-12 CLA in the cell medium or with medium alone (control). In conclusion, the results of the first part of the present work suggests that trans-10,cis-12 CLA is the active isomer in the lipid metabolism and in the formation of eicosanoids of Hep G2 cells. Trans-10,cis-12 CLA had significant effects on the metabolism of saturated fatty acids (SFA), monounsaturated fatty acids (MUFA), (n-6) and (n-3) PUFA in Hep G2 cells by suppressing 9-desaturation of SFA, 6-, 5-desaturation of linoleic acid and 6-, 5- and 4-desaturation of -linolenic acid. This effect wasn`t associated with an impaired genexpression of desaturases but might be due to an inactivation of enzyme protein. Trans-10,cis-12 CLA stimulated the formation of 6-keto-prostaglandin (PG) F1 and PGF2 in Hep G2 cells, however, secretory (s) phospholipase (PL) A2 and cyclooxygenase (COX) -1 did not play a role in this respect. The increased concentration of triglycerides might be due to the increased activities of fatty acid synthetase (FAS) and glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) in Hep G2 cells treated with trans-10,cis-12 CLA.
In the second part of the present work a study with male Sprague-Dawley rats was carried out. In conclusion, this study shows the replacement of a dietary oil rich in linoleic acid by an oil with high concentrations of CLA and low concentrations of linoleic acid causes profound alterations of the metabolism of (n-3) PUFA of rats. According to the results of this study, we assume that the enhanced formation and incorporation of long chain (n-3) PUFA into liver phospholipids and reduced formation of 2-series eicosanoids in rats fed the CLA diet was predominately due to markedly reduced amounts of arachidonic acid in phospholipids. The increased liver weight might be due to the increased concentration of triglycerides in the liver and that might be due to the increased activity of FAS in the liver of rats fed CLA.

Keywords:
Konjugierte Linolsäuren, Hep G2-Zellen, Ratte, Leber, (n-6)-PUFA, (n-3)-PUFA, Desaturase, Eicosanoide, sekretorische Phospholipase A2, Cyclooxygenase, Triglyceride

Conjugated linoleic acids, Hep G2-cells, rat, liver, (n-6)-PUFA, (n-3)-PUFA, desaturase, eicosanoids, secretory phospholipase A2, cyclooxygenase, triglycerides

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Tabellen-, Abbildungs-, Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung (1-5)
2 Material und Methoden (6-38)
3 Ergebnisse (39-77)
4 Diskussion (78-93)
5 Zusammenfassung / Summary (94-99)
6 Literaturverzeichnis (100-110)
Liste der Veröffentlichungen