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Abstract (English)
Obesity and its associated morbidities are major global health problems. It has become evident in the last decades that the state of obesity is intimately linked with our immune system. Pattern recognition receptors (PRRs), the main sensor molecules of the innate immune system, were shown to play an essential role in the pathology of obesity and its associated morbidities. Among others, members of the nucleotide-binding and oligomerization domain (NOD) -like receptors (NLRs), a family of cytosolic PRRs, were associated with the obesity-accompanying low-grade inflammatory response contributing to obesity-associated morbidities. NLRC5 is a NLR protein functioning as key transcriptional regulator of major histocompatibility complex (MHC) class I genes responsible for antigen presentation. Recent observations now suggest novel roles of NLRC5 in metabolic trades, but so far, no confirmation of these singular observations is available, and the underlying mechanisms remain elusive.
The aim of this thesis was to characterize the role of the NLR protein NLRC5 in obesity. To this end, two Nlrc5 deficient mouse lines (Nlrc5 deltaExon4-7 and Nlrc5 deltaExon4) were subjected to high-fat diet (HFD) feeding and phenotypic, morphological, and biochemical analyses were performed. Female Nlrc5 deltaExon4-7 mice presented with higher body and adipose tissue (AT) weight gain and larger adipocytes compared to wildtype (WT) animals. This phenotype, however, could not be recapitulated in the Nlrc5 deltaExon4 mouse line. Microbiome analysis revealed subtle alterations of the faecal microbiome by diet:genotype interactions. To further characterize the effect of NLRC5 deficiency on adipocyte differentiation, the CRISPR/Cas9 gene editing system was used to modify Nlrc5 expression in the 3T3-L1 preadipocyte cell line. Using inducible HeLa cell lines with stable GFP-NLRC5 expression we showed NLRC5 to interact with the master regulator of adipogenesis peroxisome proliferator-activated receptor y (PPARy) and to enhance the expression of PPARy target genes. In addition, a contribution of NLRC5 to PPARy’s anti-inflammatory actions was revealed using NLRC5 deficient THP-1 macrophage-like cells and bone marrow-derived macrophages from Nlrc5 deltaExon4-7 mice. To elucidate the mechanism behind the synergy between NLRC5 and PPARy, reporter gene and chromatin immunoprecipitation (ChIP) assays were performed. Lastly, the expression of multiple NLR family members was correlated with body mass index (BMI) in obese human patients and investigated in the adipose tissue and liver of HFD-fed mice, the latter revealing Nlrp10 to be highly upregulated by HFD feeding.
Taken together, this thesis provides a comprehensive characterization of Nlrc5 deficient mice on HFD and reveals a function of NLRC5 as transcriptional co-regulator of PPARy targets and its anti-inflammatory properties. In addition, this work provides first insights into the potential mechanism behind the synergistic transcriptional regulation by NLRC5 and PPARy and extends the knowledge on the regulation of NLR expression by HFD feeding.
Abstract (German)
Adipositas und die damit verbundenen Komorbiditäten sind ein großes globales Gesundheitsproblem. In den letzten Jahrzehnten wurde offensichtlich, dass der Zustand der Adipositas eng mit unserem Immunsystem zusammenhängt. Es wurde gezeigt, dass Mustererkennungsrezeptoren, die wichtigsten Sensormoleküle des angeborenen Immunsystems, eine wesentliche Rolle in der Pathologie der Adipositas und der damit verbundenen Morbiditäten spielen. Unter anderem wurden Mitglieder der Nucleotide-binding and oligomerization domain (NOD) -like Rezeptoren (NLRs), einer Familie zytosolischer Mustererkennungsrezeptoren, mit der mit Adipositas einhergehenden niedriggradigen Entzündungsreaktion assoziiert, die zu den mit Adipositas assoziierten Morbiditäten beiträgt. NLRC5 ist ein NLR Protein, das als Haupt-Transkriptionsregulator von Genen des Haupthistokompatibilitätskomplexes der Klasse I fungiert, welche für Antigenpräsentation verantwortlich sind. Neue Beobachtungen deuten darauf hin, dass NLRC5 eine bisher unbekannte Rolle im Stoffwechsel spielt, aber bisher gibt es keine Bestätigung dieser vereinzelten Beobachtungen, und die zugrundeliegenden Mechanismen sind noch unklar.
Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle des NLR Proteins NLRC5 bei Adipositas zu charakterisieren. Zu diesem Zweck wurden zwei Nlrc5 defiziente Mauslinien (Nlrc5 deltaExon4-7 und Nlrc5 deltaExon4) mit einer fettreichen Diät gefüttert und phänotypische, morphologische und biochemische Analysen durchgeführt. Weibliche Nlrc5 deltaExon4-7 Mäuse wiesen im Vergleich zu Wildtyp (WT) Tieren eine höhere Gewichtszunahme des Körpers und des Fettgewebes sowie größere Adipozyten auf. Dieser Phänotyp konnte jedoch in der Nlrc5 deltaExon4 Mauslinie nicht rekapituliert werden. Mikrobiomanalysen zeigten leichte Veränderungen des fäkalen Mikrobioms durch Wechselwirkungen zwischen Ernährung und Genotyp. Um die Auswirkungen des Fehlens von NLRC5 auf die Adipozytendifferenzierung näher zu charakterisieren, wurde das CRISPR/Cas9-Gen-Editing-System zur Modifikation der Nlrc5 Expression in der 3T3-L1 Präadipozytenzelllinie angewendet. Unter Verwendung induzierbarer HeLa Zelllinien mit stabiler GFP-NLRC5 Expression konnten wir zeigen, dass NLRC5 mit dem Hauptregulator der Adipogenese peroxisome proliferator-activated receptor y (PPARy) interagiert und die Expression von PPARy Zielgenen verstärkt. Darüber hinaus wurde ein Beitrag von NLRC5 zu der entzündungshemmenden Wirkung von PPARy mit Hilfe von NLRC5 defizienten Makrophagen-ähnlichen THP-1 Zellen und Makrophagen aus dem Knochenmark von Nlrc5 deltaExon4-7 Mäusen nachgewiesen. Um den Mechanismus hinter der Synergie zwischen NLRC5 und PPARy aufzuklären, wurden Reportergen- und Chromatin-Immunopräzipitationsversuche (ChIP) durchgeführt. Zuletzt wurde die Expression mehrerer Mitglieder der NLR Familie mit dem Body Mass Index (BMI) adipöser menschlichen Patienten korreliert und im Fettgewebe und in der Leber von mit fettreicher Diät gefütterten Mäusen untersucht, wobei sich bei Letzterem herausstellte, dass Nlrp10 durch die Fütterung mit fettreicher Diät stark hochreguliert wird.
Zusammenfassend bietet diese Arbeit eine umfassende Charakterisierung des Einflusses einer fettreichen Diät auf Nlrc5 defiziente Mäuse und zeigt eine Funktion von NLRC5 als transkriptionellem Co-Regulator von PPARy Zielgenen und seinen entzündungshemmenden Eigenschaften. Darüber hinaus liefert diese Arbeit erste Einblicke in den möglichen Mechanismus hinter der synergistischen Transkriptionsregulation durch NLRC5 und PPARy und erweitert das Wissen über die Regulation der NLR Expression durch fettreiche Ernährung.
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Faculty of Natural Sciences
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Institute of Clinical Nutrition
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2023-12-18
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English
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Classification (DDC)
610 Medicine and health
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Standardized keywords (GND)
Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Bauer2024,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6930},
author = {Bauer, Sarah Katharina},
title = {The role of NLRC5 in obesity},
year = {2024},
school = {Universität Hohenheim},
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