Schmidt, Elena ORCID: 0000-0003-0829-1423 (2018). Long noncoding RNA H19 protects from dietary obesity by promoting brown adipose tissue commitment and function. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

In light of the continuously rising number of patients suffering from obesity or its closely related, often life-threatening, diseases such as type 2 diabetes mellitus, the development of novel preventative or therapeutic measures is of utmost importance. Increasing brown adipose tissue (BAT) thermogenesis in mice and humans improves metabolic health. Therefore, understanding and controlling BAT function is of great interest for novel approaches to counteract obesity. Long noncoding RNAs (lncRNAs) emerged as potential targets for novel therapies due to their diverse functions, and tissue-specific effects, in the regulation of metabolic processes. However, the role of lncRNAs during BAT differentiation and function is not yet understood. To explore this, we performed RNA-Sequencing and identified the maternally expressed lncRNA H19 which was increased upon cold-mediated BAT activation and decreased upon chronic diet-induced obesity BAT dysfunction. Inverse correlations of hH19 with Body-Mass-Index were also observed in a human cohort. We showed that H19 overexpression promoted adipogenesis, oxidative metabolism, and mitochondrial respiration in brown but not white adipocytes whilst the silencing of H19 impaired these processes. In vivo, H19 overexpression protected against diet-induced-obesity, improved energy expenditure, insulin sensitivity, and mitochondrial biogenesis whereas the ablation of H19 in fat sensitized towards high-fat diet (HFD) weight gains. Strikingly, paternally expressed genes (PEGs) were largely absent from BAT and we demonstrated, by performing Capture hybridization analysis of RNA targets coupled to Mass Spectrometry, that H19 recruits PEG-inactivating H19-MBD1 complexes and potentially acts as BAT-selective ‘PEG gatekeeper’. Taken together, the results presented in this work reveal a novel function for the maternally expressed lncRNA H19 as a BAT-regulatory lncRNA regulating BAT differentiation and function, thereby protecting from diet-induced obesity. Moreover, the results show how monoallelic gene expression affects metabolic homeostasis in both rodent models and, potentially, in human patients. Future studies will uncover the molecular mechanisms of how H19 affects its molecular targets in more detail.

Item Type: Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:
AbstractLanguage
Angesichts der stetig steigenden Anzahl an Patienten, welche mit Übergewicht oder damit assoziierten, oftmals lebensbedrohlichen Krankheiten, wie Typ 2 Diabetes Mellitus diagnostiziert werden, steigt die Notwendigkeit der Entwicklung präventiver und neuartiger Behandlungsmöglichkeiten. Vermehrte Thermogenese des braunen Fettgewebes (BAT) verbessert den Stoffwechsel in Mäusen und Menschen. Deshalb ist es wichtig die Funktion des braunen Fettgewebes zu analysieren und besser zu verstehen, damit neue Ansätze gefunden werden können, die dem Übergewicht entgegenwirken. Lange nicht-kodierende RNAs (lncRNAs) haben aufgrund ihrer diversen Funktionen und gewebespezifischen Effekte in der Regulation von Stoffwechselprozessen, als potentielle Kandidaten für neue Behandlungstherapien an Bedeutung gewonnen. Die Rolle von lncRNAs in der Differenzierung und Funktion von braunem Fettgewebe ist jedoch weiterhin unklar. Um dies zu untersuchen haben wir eine RNA-Sequenzierung durchgeführt und die maternal exprimierte lncRNA H19 identifiziert. H19 zeigte eine erhöhte Genexpression während kälteinduzierter Aktivierung des braunen Fettgewebes, wohingegen die Expression durch ernährungsbedingtes Übergewicht und daraus resultierender Dysfunktion des braunen Fettgewebes verringert war. Zudem wurde eine inverse Korrelation von humanem H19 (hH19) mit dem Body-Mass-Index einer humanen Kohorte beobachtet. Wir konnten zeigen, dass die Überexpression von H19 die Fettbildung, den oxidativen Stoffwechsel und die mitochondriale Atmung in braunen, aber nicht in weißen Adipozyten verbesserte, wohingegen das Stilllegen von H19 diese Prozesse negativ beeinträchtigte. Im lebenden Organismus, schützte die Überexpression von H19 vor ernährungsbedingtem Übergewicht, verbesserte den Energieumsatz, die Insulin-Sensitivität und die mitochondriale Biogenese. Eine Entfernung von H19 im Fettgewebe führte zu einem gegenteiligen Effekt und begünstigte die Gewichtszunahme durch Ernährung mit hohem Fettanteil. Eindrucksvoll konnten wir zeigen, dass paternal exprimierte Gene (PEG) im braunen Fettgewebe vorwiegend abwesend waren. Zudem haben wir entdeckt, dass H19 PEG-inaktivierende H19-MBD1 Komplexe rekrutiert und als „PEG-Torwächter“ im braunen Fettgewebe fungiert. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit eine neue Funktion für die maternal exprimierte lncRNA H19 als eine BAT-regulatorische lncRNA, die die Differenzierung und die Funktion von braunem Fettgewebe reguliert und somit vor ernährungsbedingtem Übergewicht schützt. Zudem zeigen die Ergebnisse, wie monoallelische Genexpression das metabolische Gleichgewicht in Nagetieren und möglicherweise auch in Menschen beeinflusst. Zukünftige Studien werden die molekularen Mechanismen, durch welche H19 seine molekularen Zielmoleküle beeinflusst, detaillierter entschlüsseln.German
Creators:
CreatorsEmailORCID
Schmidt, Elenaschmidt.elena.87@gmail.comorcid.org/0000-0003-0829-1423
URN: urn:nbn:de:hbz:38-89997
Subjects: Natural sciences and mathematics
Life sciences
Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:
KeywordsLanguage
Brown adipose tissueEnglish
Long noncoding RNAEnglish
H19English
Genomic imprintingEnglish
Faculty: Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions: Faculty of Mathematics and Natural Sciences > MPI for Metabolism Research
Language: English
Date: 2018
Date of oral exam: 29 October 2018
Referee:
NameAcademic Title
Kornfeld, Jan-WilhelmProf. Dr
Hoppe, ThorstenProf. Dr
Sun, LeiAssociate Prof. PhD
Refereed: Yes
URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/8999

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