Universität zu Köln

Role of myeloid cells specific PDK-1 in inflammation and obesity induced insulin resistance

Chaurasia, BhagIrath (2009) Role of myeloid cells specific PDK-1 in inflammation and obesity induced insulin resistance. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Type 2 diabetes mellitus is a major disease affecting approximately 6% of the western population. Type 2 diabetes mellitus results from insulin resistance in organs such as liver, skeletal muscle and brain. Obesity is one of the underlying causes for increased insulin resistance and is associated with the development of type 2 diabetes mellitus. Obesity is also associated with a systemic chronic inflammatory state reflected by increased levels of inflammatory cytokines. Since macrophages are the major source for their secretion, we planned to determine the role of macrophages in the development of insulin resistance. Phosphoinositide-dependent kinase (PDK-1) is an important component of PI3 kinase pathway activated by the insulin receptor. Upon activation, PDK-1 phosphorylates and activates PKB (AKT) and p70 ribosomal protein S6 kinase. To mimic insulin resistance in macrophages at the level of this important signaling node, we generated mice with specific disruption of PDK-1 in macrophages. Here we show that deletion of PDK-1 specifically in myeloid cells (PDK-1delta myel) leads to increased expression and secretion of TLR4 induced inflammatory cytokines under Lipopolysaccharide (LPS) stimulation. In addition macrophages derived from PDK-1 deltamyel show increased phosphorylation of I kappa b alpha, negative regulator of NF-kappa B and increased translocation and activation of NF-kappa B in the nucleus. This enhanced phosphorylation of Ikappa b alpha is caused by the increased activation of the upstream IKK complex. Futher studies revealed that, this activation of IKK complex is caused by enhanced ubiquitination of signal transducer TRAF6. Thus PDK-1 in macrophages serves as a negative regulator of inflammatory signaling. When exposed to high fat diet (HFD) in order to induce obesity, PDK-1 delta myel mice gain significant body weight compared to its counterpart on normal chow diet (NCD), however there is no difference in the body weight between the control and PDK-1 delta myel mice. In addition, PDK-1 delta myel mice exhibit impaired glucose tolerance and decreased glucose infusion rate during euglycemic and hyperinsulinemic clamps. Taken together the disruption of PDK-1 in macrophages leads to exaggerated inflammation and impaired glucose homeostasis.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Typ 2 Diabetes mellitus ist eine weit verbreitete Krankheit, von der ungefähr 6 % der Bevölkerung der Industrieländer betroffen ist. Die Ursache für Typ 2 Diabetes ist Insulinresistenz in Organen, wie der Leber, Skelettmuskel und Hirn. Adipositas ist eine der grundlegenden Ursachen für eine gesteigerte Insulinresistenz und mit der Entwicklung von Typ 2 Diabetes assoziiert. Außerdem geht Adipositas mit einer systemischen chronischen Entzündungsreaktion einher, die sich durch ein erhöhtes inflammatorisches Cytokinniveau im Blut auszeichnet. Da die Sekretion dieser Cytokine in erster Linie von Makrophagen gewährleistet wird, wurde im Rahmen dieser Arbeit die Rolle von Makrophagen in der Entwicklung der Insulinresistenz untersucht. Die Phosphoinositol-abhängige Kinase 1 (PDK-1) als wichtiger Bestandteil des PI3-Kinase Signaltransduktionsweges wird durch Insulin aktiviert. Nach Aktivierung phosphoryliert PDK-1 die Kinase PKB(AKT) und die p70 ribosomale Proteinkinase S6. Um die Insulinresistenz in Makrophagen an einem wichtigen Signalknotenpunkt zu untersuchen, generierten wir Mäuse mit einer spezifischen Deletion von PDK-1 in myeloiden Zellen (PDK-1 delta myel). PDK-1 delta myel Mäuse zeichnen sich durch eine erhöhte Expression und Sekretion von TLR4 induzierten inflammatorischen Cytokinen bei Lipopolysaccharid (LPS) Stimulation aus. Außerdem ist die Phosphorylierung von I kappa b alpha in Makrophagen erhöht, was mit erhöhter Translokation in den Nukleus und Aktivierung von NF- kappa B verbunden ist. Die vermehrte Phosphorylierung von Iκb resultiert aus der verstärkten Aktivität des stromaufwärts agierenden IKK Komplexes. Weitere Studien ergaben, dass diese verstärkte Aktivität des IKK Komplexes durch eine erhöhte Ubiquitinierung des Signaltransduktionsproteins TRAF6 verursacht ist. Somit konnte gezeigt werden, dass PDK-1 in Makrophagen als negativer Regulator der inflammatorischen Signaltransduktion fungiert. Des Weiteren, ist das Körpergewicht von PDK delta myel Mäusen, die eine fettreiche Diät erhalten (HFD), gegenüber regulär gefütterten Tieren (NCD) erhöht, was bei einer Diät induzierten Adipositas zu erwarten ist. Kein Unterschied ist jedoch bei PDK delta myel Tieren (HFD) im Vergleich zu Kontrolltieren (HFD) zu beobachten. Allerdings weisen PDK delta myel Mäuse auf HFD eine beeinträchtigte Glukosetoleranz und eine verminderte Infusionsrate während des euglycämischen und hyperinsulinämischen Clamps auf. Zusammengefasst führt die Deletion von PDK-1 in Makrophagen zu einer verstärkten Inflammationsreaktion und unter Diät induzierten Adipositas Bedingungen zu einer veränderten Glukosehomöostase.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Chaurasia, BhagIrathbchauras@uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-29020
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    myeloide Zellen, Entzündung, Insulinresistenz, PDK-1German
    myeloid cells, PDK-1, Inflammation, Insulin resistanceEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Genetik
    Language: English
    Date: 2009
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 17 May 2009
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 18 Nov 2009 15:10:58
    Referee
    NameAcademic Title
    Brüning, Jens C.Prof. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2902

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