Universität zu Köln

Hildebrandt, Ximena ORCID: 0000-0001-6930-203X (2026). The metabolic implication of linear ubiquitination during obesity-induced inflammation. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Diese Dissertation untersucht die Rolle der linearen Ubiquitinierung, vermittelt durch den LUBAC-Komplex, in der Homöostase des Fettgewebes sowie bei adipositasassoziierten Erkrankungen. Adipositas ist durch eine niedriggradige chronische Entzündung und metabolische Dysfunktion gekennzeichnet, wobei Zytokine der TNF-Familie den Zelltod und die Entzündungsprozesse im Fettgewebe (Adipose Tissue, AT) fördern. Die TNF-Signalgebung wird dabei durch LUBAC streng reguliert – den einzigen E3-Ligasen, der lineare Ubiquitin (LinUb)-Ketten generiert. LUBAC besteht aus den drei Proteinen HOIP, HOIL-1 und SHARPIN. Sowohl HOIP als auch HOIL-1 besitzen E3-Ligasen-Aktivität; HOIP ist jedoch die katalytisch aktive LinUb-E3-Ligase, die die LinUb-Ketten synthetisiert, während HOIL-1 die HOIP-Aktivität durch Autoubiquitinierung moduliert. Die Funktion von LUBAC besteht darin, eine optimale NF-κB/MAPK-Signaltransduktion zu gewährleisten und den Zelltod bei TNF-Stimulation zu verhindern. Analysen humaner Datenbanken zeigten, dass eine niedrige Expression der LUBAC-Komponenten im Fettgewebe mit Biomarkern des metabolischen Syndroms korreliert und invers mit der Caspase-8-Expression assoziiert ist, was auf eine protektive Rolle von LUBAC im Kontext von Adipositas hinweist. Zur weiteren Aufklärung des Zusammenspiels von LinUb, Zelltod und metabolischer Regulation kombinierten wir die Analyse humaner Daten mit in vitro- und in vivo-Mausmodellen sowie omics-basierten Ansätzen. Hierzu generierten wir murine Mutanten mit fehlender LinUb in Adipozyten (durch Deletion von HOIP, (HoipA-KO;) oder mit gesteigerter LinUb (durch Expression der katalytisch inaktiven HOIL-1-Mutante, Hoil-1C458A) und setzten diese unter eine Hochfett-Diät (High-Fat Diet, HFD). HOIP-Defizienz in Adipozyten führte zu spontaner Lipodystrophie und verschärfter metabolischer Dysfunktion unter HFD, ein Phänotyp, der durch die zusätzliche Deletion von Caspase 8 in Adipozyten (HoipA-KO; Casp8A-KO) vollständig aufgehoben wurde, was die Bedeutung apoptotischer Mechanismen bei der Entwicklung des metabolischen Syndroms hervorhebt. Im Gegensatz dazu veränderte eine erhöhte lineare Ubiquitinierung die Adipozytengröße und erhöhte die Infiltration von Immunzellen, schützte jedoch gegen bestimmte Aspekte der diätinduzierten metabolischen Dysfunktion, wie z. B. die Fettablagerung in der Leber und erhöhte Cholesterinwerte im Blut. Mechanistisch schützte die erhöhte LinUb vor TNF- und diätinduziertem Zelltod im Fettgewebe, Preadipozyten und knochenstammzellabgeleiteten Makrophagen und förderte tendenziell die mitochondriale Dichte sowie die Thermogenese in subkutanen (ScWAT) und braunem Fettgewebe (BAT). Besonders hervorzuheben sind geschlechtsspezifische Unterschiede in den metabolischen Reaktionen auf veränderte LinUb, was die Notwendigkeit betont, geschlechtsspezifische Aspekte in der metabolischen Forschung zu berücksichtigen. Diese Befunde zeigen, dass LinUb die Expansion des Fettgewebes unterstützt, indem sie das Überleben der Adipozyten fördert, vermutlich durch Regulation von NF-κB und Hemmung des Zelltods. Insgesamt liefern unsere Ergebnisse neue Einblicke in die Rolle der linearen Ubiquitinierung in der Biologie des Fettgewebes und der metabolischen Regulation und eröffnen potenzielle Perspektiven für das Verständnis und die Behandlung adipositasassoziierter Erkrankungen.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Die metabolische Bedeutung der linearen Ubiquitinierung bei durch Adipositas bedingter Entzündung German
Translated abstract:	Abstract Language This PhD thesis explores the role of linear ubiquitination, mediated by the LUBAC complex, in adipose tissue homeostasis and obesity-associated disorders. Obesity is characterized by low-grade chronic inflammation and metabolic dysfunction, with TNF family cytokines driving cell death and inflammation within adipose tissue (AT). TNF Signalling is tightly regulated by LUBAC, the only E3 ligase that generates linear ubiquitin (LinUb) chains, which is composed of three proteins, HOIP, HOIL-1, and SHARPIN. Both HOIP and HOIL-1 bear E3 ligase function. Yet, HOIP is the catalytic-active Lin-Ub-E3-ligase subunit which generates LinUb, HOIL-1 modulates HOIP activity via autoubiquitination. LUBAC activity is to promote optimal NF-κB/MAPK signalling and to prevent cell death upon TNF stimulation. Analysis of human databases revealed that low expression of LUBAC components in AT correlates with metabolic syndrome biomarkers and inversely with caspase-8 expression, suggesting a protective role for LUBAC in obesity. To further elucidate the interplay between LinUb, cell death, and metabolic regulation, we combined human data analysis with in vitro and in vivo mouse models and omics approaches. We generated murine mutants lacking LinUb in adipocytes (by deleting HOIP, HoipA-KO) or with exacerbated LinUb (by expressing catalytically inactive HOIL-1, Hoil-1C458), and challenged them with a high-fat diet (HFD). HOIP deficiency in adipocytes led to spontaneous lipodystrophy and exacerbated metabolic dysfunction under HFD, a phenotype fully rescued by Caspase 8 deletion in adipocytes (HoipA-KO;Casp8A-KO), highlighting the importance of apoptotic machinery in metabolic syndrome development. Conversely, increased linear ubiquitination altered adipocyte size and increased immune cell infiltration, while protected against certain aspects of diet-induced metabolic dysfunction, such as liver lipid deposition and blood cholesterol levels. Mechanistically, increased LinUb protected against TNF- and diet-induced cell death in AT, preadipocytes, and bone-derived macrophages, while tended to promote mitochondrial content and thermogenesis in ScWAT and BAT. Importantly, we noted sex-specific differences in metabolic responses to altered LinUb, underscoring the need for gender-specific considerations in metabolic research. These findings demonstrate that LinUb supports AT expansion by enhancing adipocyte survival, likely through NF-κB regulation and inhibition of cell death pathways. Collectively, our results provide new insights into the role of LinUb in adipose tissue biology and metabolic regulation, with potential implications for understanding and treating obesity-related disorders. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Hildebrandt, Ximena xhildebr@uni-koeln.de https://orcid.org/0000-0001-6930-203X UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-804228
Date:	2026
Language:	English
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	CECAD - Cluster of Excellence Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases
Subjects:	Natural sciences and mathematics Chemistry and allied sciences Life sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Cell death English Lipodystrophy English Diabetes English LUBAC English Ubiquitination English Insulin resistance English NF-κB English Caspase 8 English Apoptosis English Linear chains English M1-chains English Metabolic syndrome English Adipocytes English Obesity English
Date of oral exam:	8 January 2026
Referee:	Name Academic Title von Karsted, Silvia Prof. Dr. Brüning, Jens Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/80422