Deutsches Institut Für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke German Institute of Human Nutrition

Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke German Institute of Human Nutrition

arseih 2007–2008 Jahresbericht

www.dife.de

Jahresbericht Annual Report 2007–2008

Deutsches Institut

für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke

Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft Member of the Leibniz Association Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke German Institute of Human Nutrition

Jahresbericht Annual Report 2007–2008

Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft Member of the Leibniz Association Impressum/Imprint:

Herausgeber/Publisher: Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke Institut der Leibniz-Gemeinschaft (WGL) Arthur-Scheunert-Allee 114-116 14558 Nuthetal http://www.dife.de

Redaktion/Editors: Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Dr. Gisela Olias Dr. Lynne Rogers

Redaktionsassistenz/ Editorial assistant: Susann-Cathérine Ruprecht Stephanie Wirth

Autoren/Authors: Autoren der Abteilungsbeiträge sind die jeweiligen Abteilungs- oder Arbeitsgruppenleiter/innen.

Gesamtherstellung: Schröders Agentur für Design · Druck · Verlag Vopeliuspfad 6 14169 Berlin www.schroeders-agentur.de

Bildnachweis/Photocredits: Cover: DIfE; 2. Bild von links oben Stefan Günther Innenteil: DIfE; S. 7 Axel Scheidig; S. 66 Ingeborg van Leeuwen-Bol; S. 67+68 Ralf Günther; S. 73 HU Berlin DIfE-Hauptgebäude / DIfE main entrance

DIfE kurzgefasst DIfE in brief Das Deutsche Institut für Ernährungsfor- The mission of the German Institute of schung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) hat die Human Nutrition (DIfE) is to carry out Aufgabe, experimentelle und angewand- experimental and clinical research in the te Forschung auf dem Gebiet Ernäh rung field of nutrition and health. Its aim is und Gesundheit zu betreiben. Das Ziel ist, to understand the molecular basis of die molekularen Ursachen ernährungsbe- nutrition-dependent diseases, and to dingter Erkrankungen zu erforschen und develop new strategies for prevention, neue Stra tegien für Prä ven tion, Therapie treatment, and nutritional recommen- und Ernährungs empfeh lungen zu entwi- dations. Scientists at DIfE pursue these ckeln. Die Grund lagen dafür werden von scientific goals by interdisciplinary coop- den am DIfE tätigen Wissenschaftlern in eration comprising a broad spectrum of interdisziplinärer Zusammen arbeit mit experimental and epidemiological einem breiten naturwissen schaft lichen, methods. A particular focus of the insti- medizinischen und epidemiologischen tute is research on the most important Methodenspek trum erarbeitet. Dabei diseases at present, i.e., obesity, dia- konzentriert sich das Institut be son ders betes, and cancer, whose development auf die zurzeit wichtigsten Er kran kun gen, may involve nutrition-dependent fac- an deren Entstehung ernährungsbe - tors. dingte Faktoren beteiligt sein können: DIfE was established in 1992 by the Adipositas, Dia betes und Krebs. Federal Republic of Germany and the Das DIfE wurde 1992 von der Bundesrepu - State of Brandenburg as an independ- blik Deutschland und dem Land Branden- ent foundation. It is a member of the burg als selbststän dige Stiftung des öf- Leibniz Association, an alliance of fentlichen Rechts gegründet und ist scientific institutions. DIfE originated Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Her- from the Zentralinstitut für Ernährung vorgegangen ist das DIfE aus dem Zen- der Akademie der Wissenschaften of the tralinstitut für Ernährung der Akademie German Democratic Republic, which was der Wissenschaften der DDR, das seinen derived from the Institut für Ernährung Ursprung in dem 1946 in Rehbrücke ge- und Verpflegungswissenschaft, where gründeten Institut für Ernährung und nutrition research had started in 1946. Verpflegungswissenschaft hat. The academic members of the DIfE have Mitarbeiter des DIfE übernehmen Lehr- teaching obligations in nutritional sci- verpflich tungen im Studiengang Ernäh- ence at the Universität Potsdam and in rungswissenschaft an der Universität medicine at the Freie Universität Berlin. Potsdam und im Studiengang Medizin an der Freien Universität Berlin. Vorwort 4

Preface

The German Institute of Human Nutri- Gemäß seinem Gründungsauftrag unter- tion (DIfE) investigates the associations sucht das Deutsche Institut für Ernäh rungs- between nutrition and diseases with a forschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) die unique combination of experimental, Zusammenhänge zwischen Ernährung clinical, and epidemiological research. und Krankheitsentstehung in einer für Its work has laid the groundwork for sci- Deutschland einzigartigen Kombination entifically based nutritional recom- von molekularer, klinischer und epidemio- mendations, and has put DIfE into the logischer Ernährungsforschung. Durch position of a national center of compe- seine Arbeiten schafft es nicht nur Grund- tence in nutritional research. lagen für wissenschaftlich basierte Er- In the past seven years, DIfE further nährungsempfehlungen, sondern es hat Prof. Dr. Dr. Dr. developed its research profile, prioritiz- sich in den 17 Jahren seines Bestehens Hans-Georg Joost Hartmut Schulz ing the programs (1) role of nutrition in auch als nationales Kompetenzzentrum cancer development and, (2) cause and auf dem Gebiet der Ernährungsforschung consequences of the metabolic syn- etabliert. DIfE seine Aktivitäten mit denen anderer drome. Both research programs are In den letzten sieben Jahren hat das DIfE Forschungsinstitute vernetzt. Auf euro- major challenges for modern nutri- sein aktuelles Forschungsprofil ausgebil- päischer Ebene hat es sich verschiedenen tional medicine. The metabolic syn- det. Es untersucht vorrangig die Rolle der von der Europäischen Union geförderten drome includes visceral obesity, ele- Ernährung in der Krebsentstehung sowie Kompetenz-Netzwerken angeschlossen. vated blood pressure, abnormal blood die Ursachen und Folgen des Metaboli - Auf nationaler Ebene ist es unter anderem lipids, and a high risk of type 2 diabetes schen Syndroms, das durch Übergewicht, Mitglied des nationalen Genomfor schungs- which is one of the most prevalent and Bluthochdruck, einen gestörten Fettstoff- netzes. Ebenso ist das DIfE an mehreren costly diseases. Its prevalence is cur- wechsel und ein hohes Diabetesrisiko vom Bundesministerium für Bildung und rently rising continuously, and thereby charakterisiert ist. Beide Forschungs- Forschung (BMBF) geförderten Verbund- requires a massive research effort to schwerpunkte können als wesentliche projekten beteiligt. Diese Projekte zielen counteract this trend. On July 1 2008, Herausforderungen der modernen Er- darauf ab, den Einfluss von Nahrungs- the Leibniz Association established a nährungsmedizin betrachtet werden. komponenten auf den Stoffwechsel zu research center for diabetes and meta- Besonders der Typ-2-Diabetes ist mit untersuchen oder Zusam men hänge zwi- bolic disease. Participating institutions rund sechs Millionen Fällen in Deutsch- schen Ernährungs verhal ten und Krank- are DIfE, the German Diabetes Center in land eine der häufigsten Erkrankungen heitsentstehung aufzu klären. Die For- Düsseldorf, and the University Hospital und zählt aus volkswirtschaftlicher Sicht schungsergebnisse dieser Studien sollen of Tübingen. The intense cooperation of zu den teuersten chronischen Leiden. Da Wirtschaft und Wissenschaft gleicher- these research centers will expedite die Zahl der Diabetiker stetig steigt, ist die maßen zugänglich gemacht werden. progress in risk assessment, prevention, Wissenschaft mehr denn je gefordert, Zur besonderen Förderung des wissen- and treatment of diabetes. neue Wege zu finden, diesem Trend ent- schaftlichen Nachwuchs hat das DIfE ein Nutritional research questions cannot gegenzuwirken. Aus diesem Grund hat die internationales Leibniz-Graduiertenkol - be answered by a single institution, so Leibniz-Gemeinschaft am 1. Juli 2008 ein leg etabliert, an dem begabte Jung- DIfE has joined forces with other Forschungszentrum für Diabetes und wissenschaftler ein Promotionsstudium research facilities and with European Stoffwechselerkrankungen gegründet, absolvieren. Mit seinem Thema „Senso- networks of competence. At a national an dem das DIfE, das Deutsche Diabetes- rische, endokrine und metabolische Kon- level, DIfE is involved in the National Zentrum in Düsseldorf und das Univer - trolle der Nahrungsauswahl“ bearbeitet Genome Research Network and con- sitätsklinikum Tübingen beteiligt sind. das Kolleg eine aktuelle Fragestellung der ducts several coordinated projects that Die intensive Kooperation der drei Ein- Ernährungsforschung. are sponsored by the Federal Ministry of richtungen wird dazu beitragen, schneller Der Vorstand möchte allen Mitarbeite- Education and Research (BMBF). Fortschritte in der Vorhersage, Vorbeu - rinnen und Mitarbeitern des DIfE herzlich For the advancement of junior scien- gung und Therapie der Erkrankung zu für ihre Arbeit danken. Ebenso gilt unser tists, DIfE established an international erzielen. herzlicher Dank allen Freunden und postgraduate program where out- Da auch andere Fragestellungen auf Förderern aus Wissenschaft, Politik und standing young researchers complete dem Gebiet der Ernährungsforschung Wirtschaft. Mit Ihrer Unterstützung wer- their doctorate. The topic of this pro- nicht mehr von einem einzelnen Institut den wir das Institut auch in Zukunft gram is “Sensory, endocrine, and meta- allein bearbeitet werden können, hat das erfolgreich weiterentwickeln! bolic control of food selection”. The Board of Directors wishes to thank all staff members of the Institute for their excellent work. Also, we thank all friends and sponsors in science, politics, and industry for continuous support. With your help we shall continue the successful development of DIfE in the future! Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Dr. Hartmut Schulz Wissenschaftlicher Direktor Administrativer Direktor (Scientific Director) (Administrative Director) Inhaltsverzeichnis 5

Contents

Vorwort ...... 4 Preface

Ernährungsforschung am DIfE 2007–2008 ...... 6 Nutritional Research at DIfE 2007–2008 Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost

Abteilung Molekulare Genetik (MOGE) ...... 10 Department of Molecular Genetics Leitung: Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof

Abteilung Pharmakologie (PHA) ...... 16 Department of Pharmacology Leitung: Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost

Arbeitsgruppe Physiologie des Energiestoffwechsels (EST) ...... 20 Section – Physiology of Leitung: Prof. Dr. Susanne Klaus Energy Metabolism

Arbeitsgruppe Endokrine Pharmakologie (EPH) ...... 23 Section – Endocrine Pharmacology Leitung: Prof. Dr. Annette Schürmann

Abteilung Klinische Ernährung (KLE) ...... 26 Department of Clinical Nutrition Leitung: Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer

Abteilung Epidemiologie (EPI) ...... 32 Department of Epidemiology Leitung: Prof. Dr. Heiner Boeing

Arbeitsgruppe Biomarker (BMK) ...... 38 Section – Biomarker Leitung: PD Dr. Tobias Pischon

Abteilung Ernährungstoxikologie (ETOX) ...... 40 Department of Nutritional Toxicology Leitung: Prof. Dr. Hans-Rudolf Glatt

Abteilung Gastrointestinale Mikrobiologie (GAMI) ...... 46 Department of Gastrointestinal Leitung: Prof. Dr. Michael Blaut Microbiology

Nachwuchsgruppe Mikrobiota-Wirt-Interaktion (MWI) ...... 52 Junior Research Group Leitung: Dr. Gunnar Loh Microbiota–Host–Interaction

Abteilung Biochemie der Mikronährstoffe (BIM) ...... 54 Department Biochemistry of Leitung: Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohé Micronutrients

Ernährungsberatungszentrum (EBZ) ...... 60 Nutritional Counseling Center Leitung: Dr. Christiana Gerbracht

Max-Rubner-Laboratorium (MRL) ...... 61 Max Rubner Laboratory Leitung: Dr. Reinhart Kluge

Ehrungen, Forschungspreise und Dissertationen ...... 62 Honors, Awards and Dissertations

Veranstaltungen ...... 63 Lectures and Conferences

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit 2007–2008 ...... 67 Press and Public Relations 2007–2008

Gäste und Begegnungen ...... 72 Guests and Meetings

Mitarbeiter 2007–2008 ...... 74 Staff 2007–2008

Organigramm (deutsche Version) ...... 76 Organization Chart (German version)

Organe des DIfE ...... 77 Boards of DIfE

Organigramm (englische Version) ...... 78 Organization Chart (English version)

Anfahrt ...... 79 How to get to DIfE

Kontakt ...... 80 Contact Ernährungsforschung am DIfE 2007–2008 6 Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost

Nutritional Research at DIfE 2007–2008 Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost

Nutritional research should focus on Ernährungsforschung sollte sich an zwei Der Typ-2-Diabetes zählt derzeit zu den two general goals: to provide insights allgemeinen Zielen orientieren: als Grund- häufigsten und teuersten chronischen into the function of nutrients and other lagenforschung sollte sie Erkenntnisse Erkrankungen. Nach Auswertung der food components through basic zur Funktion von Nährstoffen und CoDiM (Costs of Diabetes Mellitus)-Studie research, and to contribute to the Nahrungsinhaltsstoffen liefern, als ange- beliefen sich die direkten Kosten für understanding and prevention of nutri- wand te Wissenschaft sollte sie zum Ver- diabetische Patienten im Jahr 2001 in der tion-associated diseases through ständnis und zur Prävention ernährungs - Bundesrepublik Deutschland auf 30,6 human studies. These goals can only be bedingter Erkrankungen beitragen. Diese Milliarden Euro. Dies entspricht einem reached by a joint effort of basic scien- Ziele lassen sich nur in der Kombination Anteil von 14,2 Prozent an den nationalen tists, epidemiologists, and clinicians, all von experimenteller Grundlagenforschung Gesundheitsausgaben. Angesichts eines in accordance with the founding con- mit klinischer und epidemiologischer vorhergesagten Anstiegs der Diabetes- cept of the DIfE. Forschung erreichen, wie sie am DIfE ent- Prävalenz vom Jahr 2000 bis zum Jahr Nutritional research at DIfE targets sprechend seinem Gründungskonzept 2030 um fast 50 Prozent ist daher mit two priority areas, i.e., vorhanden ist. einer enormen Kostensteigerung zu rech- • the causes and consequences of the Die Ernährungsforschung am DIfE nen. Zudem verkürzen die Folgekomplika- metabolic syndrome bearbeitet vorrangig zwei Schwerpunkte: tionen des Metabolischen Syndroms • the role of nutrition in the develop- • Ursachen und Folgen des Metaboli - trotz therapeutischer Maßnahmen die ment of cancer schen Syndroms Lebenserwartung um ungefähr acht thereby concentrating on the two most • die Rolle der Ernährung in der Krebs- Jahre. Um diesen Trend umzukehren oder prevalent nutrition-linked disease com- entstehung wenigstens anzuhalten, sind grundle- plexes. und konzentriert sich damit auf die beiden gende Erkenntnisse zu den Entstehungs- The metabolic syndrome is a combi- zahlenmäßig wichtigsten ernährungsbe- mechanismen des Metabolischen Syn- nation of symptoms including obesity, dingten Krankheitskomplexe. droms erforderlich, die es ermöglichen, hypertension, insulin resistance, and Als Metabolisches Syndrom bezeichnet wirksamere Strategien zur Prävention dyslipoproteinemia. Although the syn- man den Symptomenkomplex aus Adi- und Behandlung der Adipositas und des drome has a genetic basis, it is triggered posi tas (Fettsucht), Hypertonie (Blut- Diabetes zu entwickeln. by the positive energy balance prevalent hochdruck), Insulinresistenz und Fett- Wichtige Fortschritte in der Aufklärung in countries with a “western lifestyle”. stoffwechselstörung. Das Syndrom hat der genetischen Ursachen des Metabo- Incidence and severity of the syndrome eine genetische Grundlage, wird aber erst lischen Syndroms machte die Abteilung as well as its main consequence, type 2 durch die in Ländern mit „westlichem Pharmakologie (PHA) mit Hilfe von Maus- diabetes, are increasing dramatically in Lebensstil“ häufige positive Energiebilanz modellen. Sie lokalisierte und identifi- all western countries. This trend can also (hohe Kalorienaufnahme bei geringer zierte Gene, die für Über gewicht und/ be observed in the Potsdam EPIC Study körperlicher Aktivität) ausgelöst. Häufig- oder Diabetes verantwortlich sind. So (European Prospective Investigation keit und Schweregrad des Syndroms neh- konnten Wissenschaftler der Abteilung into Cancer and Nutrition) carried out by men ebenso wie seine wichtigste Folge- zeigen, dass eine natürliche Mutation des DIfE’s Department of Epidemiology komplikation, der Typ-2-Diabetes, in allen Tbc1d1-Gens Mäuse trotz einer fett rei chen (EPI). In order to reverse this trend, or at westlichen Ländern dramatisch zu. Dieser Kost schlank bleiben lässt und zudem vor least to stop it, a basic knowledge of the Trend lässt sich auch in der von der Diabetes schützt (Abb. ᭿1 und ᭿2 ). Das Gen mechanisms underlying syndrome Abteilung Epidemiologie (EPI) des DIfE enthält den Bauplan für ein Enzym, das an development as well as effective strate- durchgeführten Potsdamer EPIC-(Euro- der Regulation des Energiestoff wechsels gies for prevention and treatment of pean Prospective Investigation into Cancer im Muskel beteiligt ist. Fehlt das Enzym, obesity and diabetes are required. and Nutrition)-Studie beobachten. nutzen die Muskeln verstärkt Fett und Significant progress in elucidating weniger Glucose als Energiequelle. Diese the genetic basis of the metabolic syn- Substratnutzung ist energetisch ineffektiv, drome has been made with the aid of so dass weniger Energie als Fett gespei- mouse models in the Department of chert werden kann. Das Risiko für Über- Pharmacology (PHA), where genes gewicht und damit auch für Diabetes responsible for overweight and/or dia- sinkt. Da auch beim Menschen das betes have been localized and identified. betreffende Gen mit Übergewicht und Researchers of PHA found a natural Diabetes in Verbindung gebracht werden mutation in the Tbc1d1 gene that kann, geben die Studienergebnisse nicht keeps mice lean and also protects nur einen tiefen Einblick in die Funktions- against diabetes, despite a high-fat weise des Enzyms, sondern schaffen auch diet (Fig. ᭿1 and ᭿2 ). The gene codes for eine Basis für die Entwicklung neuer an enzyme involved in regulation of Therapie- und Präven tionsansätze. energy metabolism in muscle. In the Um die Zusammenhänge zwischen absence of the enzyme, the muscles use Ernährung, Genen und Diabetes aufzu- klären, nutzen DIfE-Wissenschaftler auch ᭿ 1 Die New Zealand obese-Maus (l.) ent wickelt klinische und epidemiologische Studien. ᭿1 The New Zealand obese mouse (l.) unter einer fettreichen Diät eine Adipositas gains weight rapidly under a high-fat diet. (Fett sucht). Die Maus des Swiss Jim Lambert- So fand die Abteilung Klinische Ernäh rung Despite a very high fat diet, the mice of the Stamms (r.) bleibt wegen einer Mutation im (KLE) Hinweise auf Zusammenhänge Swiss Jim Lambert strain (r.) stay lean, due Tbc1d1-Gen bei gleicher Ernährungsweise zwischen einer erhöhten Fettzufuhr, Gen - to a mutation in the Tbc1d1 gene. schlank. varianten des Fettsäure-Bindungs pro - 7

᭿2 A mutation in Tbc1d1 results in a Three-dimensional structure of a GAP truncated protein lacking a GAP domain. domain (Gyp1p), which is homologous to that conferring the activity of Tbc1d1. more fat and less glucose as energy source. Since this use of nutrients is energetically less efficient, the body stores less fat as a result. This lowers the risk for obesity and consequently also for diabetes. Since this gene could also be linked to obesity and diabetes in humans, these findings provide not only a deep insight into mechanisms of gene function but also a basis for developing new approaches for prevention and treatment. DIfE researchers also make use of clinical and epidemiological studies in order to clarify the interactions between diet, genes, and diabetes. For example, the Department of Clinical Nutrition (KLE) found indications of a ᭿2 Die Mutation im Tbc1d1-Gen führt zu einem verstümmelten Protein ohne GAP-Domäne. relation between higher fat intake, gene variants of the liver fatty acid-bind- teins der Leber (L-FABP) und dem mensch- einen Test zu entwickeln, mit dem sich das ing protein (L-FABP), and sugar metab- lichen Zuckerstoffwechsel. Ebenso identi- individuelle Typ-2-Diabetes-Risiko sehr olism in humans. The department also fizierte die Abteilung im Rahmen genau bestimmen lässt (Deutscher Dia- identified a mutation in the regulatory der MeSyBePo-(Metabolisches Syndrom betes-Risiko-Test). Der Test ist seit 2007 als region of the protein kinase C (␤) gene Berlin Potsdam)-Studie eine Mutation in interaktiver Online-Test und seit 2008 that lowers insulin sensitivity. Using der Steuerregion des Protein kinase C-␤- auch als Fragebogen im Internet verfüg- data of the Potsdam EPIC Study, Gens, die zu einer verminderten Insulin- bar (www.dife.de). Er wird bereits von researchers of EPI were able to show empfindlichkeit führt. Träger der Mutation Krankenkassen sowie Hausärzten ver- that a variant of the TCF7L2 gene deter- benötigen mehr Insulin, um Zucker in ihre wendet. Eine flächendeckende Verbrei- mines whether whole-grain consump- Zellen aufzunehmen, ein Umstand, der die tung und Anwendung des Tests könnte tion by an individual is beneficial with Entstehung eines Typ-2-Diabetes be- unter Umständen dazu beitragen, die regard to diabetes risk. We have thus günstigt. Basierend auf den Daten der Erkrankungs- und Mortalitätsrate zu sen- begun to shed light on the complex Potsdamer EPIC-Studie konnte die Abtei- ken, da er dabei helfen kann, Risiko- genetic basis of type 2 diabetes and lung Epidemiologie (EPI) zudem zeigen, personen rechtzeitig zu identifizieren. overweight, which quite likely involves dass eine Variation im Erbgut (TCF7L2- Wird das Diabetes-Risiko früh genug a large number of different gene Gen) darüber bestimmen kann, ob ein erkannt, kann ein Ausbrechen der Krank- variants. Mensch im Hinblick auf das Diabetes risiko heit durch geeignete Präventionsmaß- In addition to genetic risk factors, DIfE von Vollkornprodukten profitiert oder nahmen verzögert oder gar verhindert is also in search of biomarkers that allow nicht. Hiermit ist ein Anfang gemacht, die werden. a more precise risk prediction of dis- komplexe genetische Grundlage von Typ- Abdominelles Übergewicht ist zwei- eases associated with the metabolic 2-Diabetes und Übergewicht, an der sehr felsfrei mit einem erhöhten Diabetes- syndrome. In cooperation with the wahrscheinlich eine große Zahl von ver- Risiko verbunden. Ob es aber auch mit Tübingen University Hospital, DIfE was schiedenen Genvarianten beteiligt ist, einem erhöhten Sterblichkeitsrisiko ein- able to identify fetuin-A as a biomarker aufzuklären. hergeht, war nach den Ergebnissen frü- for type 2 diabetes, stroke, and myocar- Neben genetischen Risikofaktoren herer Studien strittig. Dies veranlasste dial infarction. sucht das DIfE auch nach Biomarkern, die Wissenschaftler der Abteilung Epidemio- The Institute has also used the data Erkrankungsrisiken präziser vorhersagen logie (EPI), die Daten der europaweiten of the Potsdam EPIC Study to develop a lassen, welche mit dem Metabolischen EPIC-Studie zu dieser Fragestellung aus- test (German Diabetes Risk Score) to Syndrom im Zusammenhang stehen. In zuwerten – insbesondere unter Berück- determine an individual‘s risk of type 2 Zusammenarbeit mit dem Universitäts- sichti gung des Taillen- und Hüftumfangs. diabetes. The test, available online klinikum Tübingen konnte das DIfE Da die Studie die größte zurzeit verfügbare since 2007 as an interactive test Fetuin-A, einen in der Leber produzierten Datenbasis bietet, erlaubt sie sehr sichere and since 2008 as a questionnaire und ins Blut abgegebenen Eiweißstoff, als Schlussfolgerungen. Die Auswertung der (www.dife.de), is being used by health Biomarker identifizieren. Hohe Fetuin-A- Daten belegt nun, dass nicht nur das insurance companies and general prac- Blutwerte sind unabhängig von Lebens - Körpergewicht, sondern auch die Fett- titioners. The nationwide distribution stilfaktoren und Körpermaßen mit einem verteilung für das Sterblichkeitsrisiko von and use of the test would perhaps help erhöhten Typ-2-Diabetes- sowie Schlag- Bedeutung ist. Starkes Übergewicht und to lower the disease and death rate. anfall- und Herzinfarktrisiko assoziiert. ein großer Taillenumfang sind bei Men- Abdominal overweight undoubtedly Das DIfE hat überdies die Daten der schen um die Fünfzig mit einem erhöhten is linked to an increased diabetes risk, Potsdamer EPIC-Studie genutzt, um Sterblichkeitsrisiko verbunden. Aber auch but it is disputed whether it is also asso- 8

᭿3 Upregulation of gluthathione dass eine ballaststoffarme Ernährung peroxidase 2 in human colon cancer. It is ebenso wie eine Ernährung mit viel rotem localized in distinct structures at the apical Fleisch und Fleischprodukten mit einem side of colon epithelial cells (brown color). Its expression is low in “normal” areas häufigeren Auftreten von Dickdarmkrebs (I), it is upregulated in early stages of assoziiert ist. Ebenso weisen die Studien- cancer (E) and released from characteristic daten auf eine risikosenkende Wirkung structures in advanced stages of cancer (A). des Obst- und Gemüseverzehrs hin, zumindest im Hinblick auf Krebserkran- ciated with a higher mortality risk. This kungen des oberen Verdauungstrakts prompted researchers of EPI to analyze und der Lunge. Neben einzelnen Lebens- the data of the EPIC Study on this point mittelgruppen ist insbesondere Über- – especially with regard to waist and hip ᭿3 Erhöhte Expression der Glutathion - gewicht ein wesentlicher Risikofaktor für measurements. The data of this study peroxidase-2 in humanen Darmtumoren verschiedene Krebsformen. So haben is the largest database available at (Braunfärbung). Ihre Expression ist niedrig in stark übergewichtige Frauen und Männer present, so it allows for very reliable „normalen“ Zellen (I, unauffälliges Gebiet); sie ein erhöhtes Darmkrebsrisiko. Über- conclusions to be drawn. Data reveals ist hoch reguliert in frühen Stadien der Tumor - gewich tige Frauen erkranken zudem häu- that mortality risk is affected by not genese (E); und sie wird in fortgeschrittenem figer an Nieren- oder Brustkrebs. Sta dium aus den charakteristischen Struktu - only body weight but also body-fat Da sich die kausalen Zusammenhänge ren freigesetzt (A). distribution. Severe overweight and a zwischen Ernährung und Krebsent- large waist are linked to a high mortal- stehung mit Hilfe epidemiologischer ity risk in people around the age of 50, normalgewichtige Menschen mit einem Studien allein nicht erfassen lassen, nutzt but also normal-weight individuals niedrigen BMI, aber großem Taillen - das DIfE biochemische, molekular- und with a low body mass index but large umfang, haben nach den Studienergeb- mikrobiologische Methoden sowie zellu- waist size have a higher risk of untimely nissen ein erhöhtes Risiko, vorzeitig zu läre Testsysteme und Tiermodelle, um die death. sterben. ernährungsassoziierten Ursachen der Most of society knows what a In großen Teilen der Gesellschaft ist Krebsentstehung zu erforschen. healthy diet involves, but ironically this bekannt, wie eine gesunde Ernährung Ähnlich wie das Metabolische Syndrom knowledge has had little effect on the aussehen sollte. Paradoxerweise hat entsteht auch Krebs durch das Zusam- actual daily diet. Therefore, our dieses Wissen in der täglichen Praxis die menwirken einer genetischen Anlage mit research focuses on the mechanisms tatsächliche Ernährungsweise aber kaum äußeren Faktoren. Reaktive chemische that cause a preference for certain beeinflusst: Bevorzugt wird häufig eine Substanzen – Naturstoffe ebenso wie foods, e. g., the molecular mechanisms wenig sättigende, kalorienreiche Kost, die synthetisierte Verbindungen – können of taste recognition. The Department of das Entstehen von Übergewicht be - Veränderungen der DNS bewirken, die im Molecular Genetics (MOGE) has identi- günstigt. Die Forschung des Instituts kon- ungünstigsten Falle die Kontrolle des Zell- fied and characterized receptor pro- zentriert sich deshalb auch auf die biolo- wachstums unterbinden. Eine wesent li- teins for different tastes qualities. The gischen Mechanismen, die eine Präferenz che Rolle spielt hierbei die Umwandlung Department has already been able to für bestimmte Lebensmittel bewirken. der Fremdstoffe durch den körpereigenen find receptor variants that are associ- Hierzu werden die molekularen Me - Stoffwechsel. Dieser kann die krebserzeu- ated with various taste perceptions. chanismen der Geschmackserkennung genden Stoffe sowohl inaktivieren als They also found evidence for a model of untersucht. Die Abteilung Molekulare auch erst aktivieren. Die Abteilung Ernäh- bitter taste perception, which had been Genetik (MOGE) identifiziert und charak- rungstoxikologie (ETOX) hat Zellsysteme disputed up to now. According to this terisiert die Rezeptorproteine für die entwickelt, mit denen die Wirkung von model, humans are capable of differen- unterschiedlichen Geschmacksqualitäten. Fremdstoffen auf die DNS in vivo quanti- tiating among various bitter flavors, Der Abteilung ist es bereits gelungen, fiziert werden kann. Sie untersucht but how this affects dietary behavior Rezeptorvarianten zu finden, die mit einer zudem die beim Menschen vorkommen- has not yet been sufficiently investi- unterschiedlichen Geschmackswahr neh - den Varianten der Fremdstoff-metaboli- gated. mung assoziiert sind. Ebenso fand sie sierenden Enzyme und deren Beziehung Numerous epidemiological data sup- Belege für ein bislang umstrittenes Er- zum Risiko, an bestimmten Krebsformen port the assumption that diet plays an klärungsmodell der Bittergeschmacks - zu erkranken. Auch gastrointestinale important role in cancer development. wahrnehmung. Nach diesem Modell sind Bakterien spielen eine Rolle für die Um- DIfE has contributed to these findings Menschen dazu in der Lage, geschmack- wandlung der Fremdstoffe in toxische, by participating in the EPIC Study. lich zwischen verschiedenen Bitterstof fen mutagene und möglicherweise krebserre- Results of the study show that not only zu differenzieren. Die Auswirkungen die- gende Stoffe. Gemeinsam konnten die a low-fiber diet but also a diet rich in red ser Zusammenhänge auf das Ernäh - Abteilungen Gastrointestinale Mikrobio- meat and meat products are linked to a rungsverhalten sind aber bislang nicht logie (GAMI) und Ernährungs toxi kologie higher incidence of colon cancer. Study ausreichend erforscht. (ETOX) zeigen, dass Darm bakte rien die data also show that fruit and vegetable Viele epidemiologische Daten belegen Substanz Arbutin, die in einer Reihe von consumption lowers the risk for cancer die Annahme, dass die Ernährung eine Lebensmitteln enthalten ist, in Hydro- of the lung and of the upper gastro- wesentliche Rolle in der Krebsentstehung chinon umwandeln, eine mutagene Sub- intestinal tract. Not only certain types spielt. Das DIfE hat zu dieser Erkenntnis stanz, die im Tierversuch Krebs auslösen of foods but also overweight are impor- durch seine Teilnahme an der multizen- kann. Zudem fand die Abteilung Gastro- tant risk factors for various forms of trischen europaweiten EPIC-Studie beige- intestinale Mikrobio logie (GAMI) Hin- cancer. tragen. Ergebnisse dieser Studie zeigen, weise darauf, dass die intestinale 9

Mikrobiota (Darmflora) für die Aktivie rung Tiermodellen. Wissenschaftler der Abtei- Since the causality between diet and von Lignanen eine Rolle spielt. Diese lung konnten ein Selenoprotein (Glut- cancer cannot be determined solely konnten zumindest im Tierexperiment athionperoxidase 2) identifizieren, das with the aid of epidemiological studies, das Wachstum von Tumoren in der verstärkt in humanen Darmtumoren biochemical, molecular, and microbio- Brustdrüse eindämmen. Ob und welche exprimiert wird (Abb. ᭿3 ) und das durch logical methods are used at DIfE as well Rolle diese Prozesse für die Entstehung Bestandteile von Kruziferengewächsen to examine the links between nutrition bzw. für die Vermeidung von Krebs erkran- wie Kohl und Senf induziert werden kann. and cancer development. kungen spielen, müssen zukünftige Zudem hat die Abteilung in Zusammen- As is the case with the metabolic syn- Untersuchungen zeigen. arbeit mit den Abteilungen Ernährungs- drome, cancer also develops through a Seit langem wird diskutiert, ob Mikro- toxikologie (ETOX) und Gastrointestinale combination of genetic and extrinsic nährstoffe im Hinblick auf Krebserkran- Mikrobiologie (GAMI) ein Mausmodell factors. Reactive chemical substances – kungen präventiv wirksam sind. Die etabliert, mit dem die Zusammenhänge natural or synthetic – can cause Abteilung Biochemie der Mikronährstoffe zwischen Entzündungsprozessen und changes in the DNA that at the worst (BIM) untersucht daher den Einfluss von Darmkrebsentstehung unter sucht wer- result in uncontrolled cell growth. The Selen auf die Darmkrebsentwicklung mit den können. metabolism of these xenobiotics in the Hilfe von Zellkulturexperimenten und body plays a key role, in which cancerogenic substances can be initially activated or inactivated. The Department of Nutritional Toxicology (ETOX) has developed cell systems to quantify in Ausgewählte Publikationen vivo the effect of xenobiotics on DNA. Selected Publications They are also examining the human variants of xenobiotic-metabolizing Behrens, M., Foerster, S., Staehler, F., Pischon, T., Boeing, H., Hoffmann, K., enzymes with respect to risk for differ- Raguse, J.-D., Meyerhof, W.: Gustatory Bergmann, M., Schulze, M.B., et al.: ent types of cancer. Gastrointestinal expression pattern of the human TAS2R General and abdominal adiposity and risk bacteria also are involved in converting bitter receptor gene family reveals a het- of death in Europe. N. Engl. J. Med. 359, xenobiotics into toxic, mutagenic, or erogenous population of bitter responsive 2105–2120 (2008). possibly cancerogenic substances. In a taste receptor cells. J. Neurosci. 27, joint project, the Department of Schulze, M.B., Hoffmann, K., Boeing, H., 12630–12640 (2007). Gastrointestinal Microbiology (GAMI) Linseisen, J., Rohrmann, S., Möhlig, M., and ETOX revealed that intestinal bac- Buchmann, J., Meyer, C., Neschen, S., Pfeiffer, A.F.H., Spranger, J., Thamer, C., teria convert arbutin, which is found in Augustin, R., Schmolz, K., Kluge, R., Al- Häring, H.-U., Fritsche, A., Joost, H.-G.: An a number of foods, into the mutagen Hasani, H., Jürgens, H., Eulenberg, K., accurate risk score based on anthropo- hydroquinone, which can cause cancer Wehr, R., Dohrmann, C., Joost, H.-G., metric, dietary, and lifestyle factors to pre- in animal models. In addition, GAMI Schürmann, A.: Ablation of the cholesterol dict the development of type 2 diabetes. found evidence that the intestinal transporter adenosine triphosphate- Diabetes Care 30, 510–515 (2007). microbiota are involved in activation of binding cassette transporter G1 reduces Stefan, N., Fritsche, A., Weikert, C., Boeing, lignans. In animal models, lignans were adipose cell size and protects against H., Joost, H.-G., Häring, H.-U., Schulze, shown to inhibit development of mam- diet-induced obesity. Endocrinology 148, M.B.: Plasma fetuin-A levels and the risk of mary-gland cancer. 1561–1573 (2007). type 2 diabetes. Diabetes 57, 2762–2767 There has been a long discussion Chadt, A., Leicht, K., Deshmukh, A., Jiang, (2008). whether micronutrients can help pre- L.Q., Scherneck, S., Bernhardt, U., Dreja, T., vent cancer. The Department Bio- Weickert, M.O., von Loeffelholz, C., Roden, Vogel, H., Schmolz, K., Kluge, R., Zierath, J.R., chemistry of Micronutrients (BIM) has M., Chandramouli, V., Brehm, A., Nowotny, Hultschig, C., Hoeben, R.C., Schürmann, A., studied the role of selenium in cancer P., Osterhoff, M.A., Isken, F., Spranger, J., Joost, H.-G., Al-Hasani, H.: Tbc1d1 muta- development. Department researchers Landau, B.R., Pfeiffer, A.F.H., Möhlig, M.: A tion in lean mouse strain confers leanless have identified a selenoprotein (glu- Thr94Ala mutation in human liver fatty and protects from diet-induced obesity. tathione peroxidase 2) that is upregu- acid-binding protein contributes to Nat. Genet. 40, 1354–1359 (2008). lated in human colon tumors (Fig. ᭿4 ) reduced hepatic glycogenolysis and and can be induced by compounds Jürgens, H.S., Neschen, S., Ortmann, S., blunted elevation of plasma glucose lev- found in cruciferous vegetables (cab- Scherneck, S., Schmolz, K., Schüler, G., els in lipid-exposed subjects. Am. J. bage). The department, together with Schmidt, S., Blüher, M., Klaus, S., Perez-Tilve, Physiol./Endocrinol. Metab. 293, E1078– ETOX and GAMI, has established a D., Tschöp, M.H., Schürmann, A., Joost, E1084 (2007). mouse model with which the connec- H.-G.: Development of diabetes in obese, Weikert, C., Stefan, N., Schulze, M.B., tion between inflammatory processes insulin-resistant mice: essential role of Pischon, T., Berger, K., Joost, H.-G., Häring, and colon cancer development can be dietary carbohydrate in beta cell destruc- H.-U., Boeing, H., Fritsche, A.: Plasma investigated. tion. Diabetologia 50, 1481–1489 (2007). fetuin-A levels and the risk of myocardial Nöthlings, U., Murphy, S.P., Wilkens, L.R., infarction and ischemic stroke. Boeing, H., Schulze, M.B., et al.: A food pat- Circulation 118, 2555–2562 (2008). tern that is predictive of flavonol intake and risk of pancreatic cancer. Am. J. Clin. Nutr. 88, 1653–1662 (2008). Abteilung Molekulare Genetik 10 Leitung: Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof

Department of Molecular Genetics Head: Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof

Summary The Department of Mole- Zusammenfassung Auf dem Gebiet der suchungen an Bitterrezeptoren ist ihre cular Genetics investigates the influ- Geschmacksforschung sind noch viele funktionelle Expression in Säugerzell- ence of taste on intake behavior and Fragen unbeantwortet. Bis heute weiß linien. Ähnlich wie bei anderen Chemo- health. In the reporting period we man beispielsweise nicht, ob der Mensch rezeptoren ist die funktionelle Expression extended our research from sweet and einzelne Bitterstoffe geschmacklich von- der Geschmacksrezeptoren schwierig bitter taste to salt taste transduction. einander unterscheiden kann. Ebenso ist und im Regelfall nur durch das Anfügen We optimized our cell-based receptor unbekannt, welche biologischen Mecha- von Exportsignalsequenzen an die Rezep- assays for the elucidation of structure, nismen dazu beitragen, dass viele Men- toren zu bewerkstelligen. Dies legt nahe, function, and regulation of taste recep- schen unserer Gesellschaft oftmals eher dass Geschmacksrezeptorzellen Faktoren tors as well as the identification of novel die ungesunden Lebensmittel als wohl- und/oder Mechanismen bereitstellen, die taste-active compounds. In view of the schmeckender empfinden. Die Abteilung in normalen Säugerzelllinien fehlen. contrasting properties of bitter sub- Molekulare Genetik will zur Klärung Nachdem wir im letzten Berichtszeit- stances, i.e., toxic or healthy, we also solcher Fragen beitragen, indem sie die raum derartige Hilfsfaktoren identifizieren examined the cellular basis of the molekularen Mechanismen der Ge- konnten, konzentrierten wir uns diesmal intensely disputed ability of mammals schmackswahrnehmung untersucht, die auf eine strikt konservierte Aminosäure- to discriminate among bitter compounds. für das Ernährungsverhalten und damit sequenz im extrazellulären Bereich der auch für die Gesundheit eine Rolle spielen. 25 hTAS2Rs. Diese Sequenz wird während Im Berichtszeitraum hat die Abteilung der Biosynthese von Proteinen durch zel- Molecular biology of bitter taste ihre Forschungsarbeiten erweitert und luläre Enzyme erkannt und mit kurzen receptors untersucht nun neben dem Bitter- und Zuckerketten versehen (Glykosylierung). Süßgeschmack auch den Salzgeschmack. Unsere Untersuchungen ergaben, dass In man, only 25 bitter taste receptors Darüber hinaus hat sie bereits beste- Bitter rezeptoren Glykoproteine sind, enable the perception of thousands of hende, zellbasierte Nachweisverfahren deren Faltung und Transport zur Zell- diverse bitter compounds (Fig. ᭿1 ), rais- optimiert, mit deren Hilfe sie die Struktur, membran von der Anheftung der Zucker- ing the central question of how so few Funktion und Regulation von Ge- reste abhängt. Die experimentelle Unter- receptors suffice for the detection of so schmacks rezeptoren aufklären will und drückung der Glykosylierung bewirkte many different bitter substances. In neue geschmacksaktive Substanzen nicht nur eine Ausdünnung der Rezep- recent years our group has identified identi fizieren kann. toren in der Zellmembran, sondern redu- numerous cognate bitter compounds zierte auch ihre Interaktion mit dem for the taste receptors (TAS2Rs), indi- Hilfsprotein Calnexin, welches an der cating that most of the 25 bitter taste Proteinfaltung beteiligt ist. In weiteren receptors are able to recognize a whole Molekularbiologie von Experimenten konnten wir am Beispiel des battery of bitter substances. Bittergeschmacksrezeptoren hTAS2R16 demonstrieren, dass die Glyko- A good example demonstrating this Claudia Batram, Maik Behrens, Anne Brockhoff, sylierung dieses Rezeptors nicht für die fact is the receptor hTAS2R46. This Bernd Bufe, Christina Kuhn, Claudia Reichling, receptor was sensitive to 44 of 64 tested Frauke Stähler substances. Surprisingly, the broad tuning of the hTAS2R46 is not accom- Für die Wahrnehmung tausender unter- panied by a restricted specificity, as schiedlicher Bitterstoffe stehen dem TAS2Rs detect their agonists in a stereo - Menschen nur 25 Bittergeschmacks- selective fashion. These results indicate rezeptoren zur Verfügung (Abb. ᭿1 ). Von that the perception of the many bitter zentraler Bedeutung ist daher die Frage, compounds is achieved by comparably wie so wenige Rezeptoren ausreichen few broadly tuned receptor molecules. können, um so viele verschiedene Bitter- An important prerequisite for the stoffe zu erkennen. In den letzten Jahren biochemical or pharmacological char- haben wir mit der Identifizierung zahlrei- acterization of TAS2Rs is their functional cher Bitterstoffe, die bestimmte Rezep- expression in mammalian cell lines. toren spezifisch aktivieren, eine wichtige Like other chemoreceptors, functional Grundlage zur Beantwortung dieser Frage expression of TAS2Rs is difficult to geschaffen. Es zeichnet sich ab, dass jeder achieve and usually requires the addi- einzelne der 25 Bitterrezeptoren die tion of export signal sequences to the Fähigkeit besitzt, eine ganze Batterie von ᭿ Bitterstoffen zu erkennen. Ein gutes Bei- 1 Computermodell eines Bittergeschmacks - rezeptors. Die Ähnlichkeiten in den Poly pep - ᭿1 Computer model of a bitter taste spiel hierfür ist der Rezeptor hTAS2R46. tid sequenzen des Sehpigments Rhodopsin receptor. Similarities among the peptide Dieser Rezeptor reagierte auf 44 von 64 und eines menschlichen Bittergeschmacks - sequences of the visual pigment rhodopsin getesteten Bittersubstanzen. Erstaun- rezeptors wurden zur Erstellung des Homo - and a human bitter taste receptor were licherweise ist das breite Akti vatorprofil logiemodells benutzt. Der eingeblendete used to build this model. The cubical area des hTAS2R46 nicht auf einen Mangel an Kubus umfasst den Teil des Rezeptors, der in contains the part of the receptor that is Spezifität zurückzuführen, wie aus der der Zellmembran eingebettet ist. Es wird embedded in the cellular membrane. The deutlich, wie die 7 helikalen Abschnitte des seven helical domains anchor the protein Stereoselektivität seiner Bitterstoff erken- Rezeptors das Protein in der Membran ver - tightly in the membrane, whereas the nung zu ersehen ist. ankern, während die extrazellulären (nach extracellular (top) and intracellular (bottom) Eine wesentliche Grundlage für bioche- oben) und intrazelluären Schleifen (nach loops protrude from the lipid layer. mische oder pharmakologische Unter- unten) aus der Lipidschicht herausragen. 11

unmittelbare Wechselwirkung mit sei- ᭿2 Expression of bitter taste receptor nem Agonisten Salicin notwendig ist. genes in human taste tissue. Individual Als die TAS2R-Gene im Jahr 2000 ent- bitter taste receptor cells express only a small fraction of the 25 TAS2R genes. Cells deckt wurden, konnte man nur für einen stained green indicate the presence of Teil dieser Gene eindeutig belegen, dass mRNA for hTAS2R38; cells labeled in red sie Bitterrezeptoren kodieren. Für die contain hTAS2R1 mRNA. The yellow color meistenTAS2Rs beruhte diese Zuordnung results from co-expression of both genes. auf Analogieschlüssen. Gleichzeitig häuf- The activity of bitter taste receptor genes is ten sich Berichte über eine Expression der restricted to taste buds (circled area). TAS2R-Gene außerhalb der Mundhöhle. Das warf die Frage auf, ob tatsächlich alle oder nur ausgewählte TAS2R-Gene eine 20 μm receptors. To this end we concentrated Geschmacksfunktion haben, wofür ihre on a sequence motif strictly conserved Expression in Rezeptorzellen der Zunge in the extracellular loop II of all TAS2Rs. eine Grundbedingung wäre. In general, such sequences are recog- ᭿ In der Tat fanden wir für alle 25 2 Expression der Bitterrezeptorgene im nized during the biosynthesis of pro- menschlichen Geschmacksgewebe. Bitter - menschlichen TAS2R-Gene mRNAs in den teins by cellular enzymes leading to the geschmacks rezeptorzellen exprimieren nur Rezeptorzellen der Geschmackspapillen. jeweils einen Teil der 25 Bitterrezeptorgene. In attachment of short carbohydrate- Hieraus schließen wir, dass tatsächlich alle den grün gefärb ten Zellen ist das Gen des chains (glycosylation). Bitter taste eine gustatorische Funktion haben. Rezeptors hTAS2R38 aktiv, in den rot gefärb - receptors are indeed glycoproteins Darüber hinaus stellten wir aber auch auf- ten Zellen das des hTAS2R1. Die gelbe Farbe and their function crucially depends on fällige Unterschiede in der Expressions- ergibt sich durch die gleichzeitige Expression the presence of carbohydrate-chains. häufigkeit und -stärke der verschiedenen beider Gene. Die Aktivi tät von Bitter geschmacks - Suppression of this modification not rezeptor-Genen ist auf die Geschmacks - Rezeptoren fest. Diese Beobachtung und knospen beschränkt (einge kreister Bereich). only reduced the number of receptors die Ergebnisse weiterer Experimente lie- associated with the plasma membrane ßen uns vermuten, dass Bitterrezeptor - of mammalian cells but also impaired zellen in Bezug auf ihre hTAS2R-Aus- nehmung beteiligt sind. Einer wird durch their interaction with the cellular pro- stattung heterogen sind. Offenbar verschiedene Kationen aktiviert und ist tein calnexin, a protein involved in the exprimiert jede Bittergeschmacks rezep - sensibel für die Substanz Cetylpyridi- proper folding of nascent proteins. torzelle nur einige der 25 hTAS2R-Gene, niumchlorid, während der andere Additional experiments with hTAS2R16 wodurch eine kombinatorische Vielfalt Natrium ionen-spezifisch ist und durch demonstrated that the carbohydrate entsteht, die nahe legt, dass sich die Amilorid blockiert werden kann. Die bei- modification is not required for the acti- Bitterrezeptor zellen auf der Zunge eines den letztgenannten Eigenschaften führ- vation of the receptor by its agonist Menschen funktionell stark unterscheiden ten zu der Vermutung, dass der epitheliale salicin but crucial for biosynthesis and (Abb. ᭿2 ). Mit dieser Beobachtung liefern Natriumkanal (ENaC) für den Geschmack membrane targeting of the receptor. wir zum ersten Mal auf molekularer von Natriumchlorid verantwortlich ist. When TAS2Rs were discovered in Ebene Belege für ein heftig umstrittenes Hierbei handelt es sich um einen Pro- 2000, evidence in support of their role Erklärungs modell der Geschmackswahr- teinkomplex, der sich bei Nagern aus ins- as bitter taste receptors was com- nehmung. Nach diesem Modell sind gesamt vier Untereinheiten, das heißt, pelling for only few cases. A growing Säugetiere in der Lage, Bitterstoffe zwei ␣- und je einer ␤- und ␥-Unter einheit number of reports on TAS2R expression geschmacklich zu unterscheiden. Es zusam men setzt. Beim Menschen kann outside the oral cavity reinforced the bedarf jedoch weiterer Forschung, um zu die so genannte ␦-Untereinheit, die es in question whether all or only selected zeigen, dass auch die für eine solche Ratte und Maus nicht gibt, die ␣-Unter- TAS2Rs serve a gustatory function for Diskriminierung notwendige nervöse einheit ersetzen. Die grundlegenden which lingual expression is a prerequi- Verschaltung der Geschmackszellen mit molekularen Mechanismen der mensch- site. We demonstrated the presence of dem Gehirn vorhanden ist. lichen Salzgeschmackswahrnehmung sind TAS2R mRNAs in human taste receptor weitestgehend ungeklärt. Anders als der cells, providing strong evidence for a epitheliale Natriumkanal der Ratte oder gustatory role of the entire repertoire of der Maus reagiert der humane Kanal nur TAS2Rs. These experiments also Transduktionsmechanismen des eingeschränkt auf Amilorid. Daher ist es revealed that TAS2R genes varied con- Salzgeschmacks derzeit fraglich, ob der epitheliale siderably in both their expression fre- Katja Riedel, Frauke Stähler Natriumkanal auch an der menschlichen quency and levels. Moreover, it turned Salzgeschmacks wahrnehmung beteiligt out that each bitter taste receptor cell Die Fähigkeit, Salz zu schmecken, ermög- ist. only expresses some of the 25 hTAS2R licht es, mineralhaltige, insbesondere Um zur Klärung dieser Frage beizutra- genes. The resulting enormous combi- natriumchloridhaltige Nahrung zu erken- gen, führten wir zunächst RT-PCR- natorial complexity suggests that bitter nen. Die Aufnahme von Mineralsalzen ist Analysen durch. Wir konnten zeigen, dass taste receptor cells form a functionally notwendig, um den täglichen ausschei- alle Natriumkanal-Untereinheiten sowohl highly heterogeneous population of dungsbedingten Verlust auszugleichen im nicht-chemosensorischen Zungen - cells (Fig. ᭿2 ). Thus, the cellular logic of und somit den körpereigenen Elektrolyt- epithel, als auch in den Zellen der circum- bitter taste does not contradict the haushalt aufrecht zu erhalten. In Nage- vallaten und fungiformen Ge schmacks- intensely disputed ability of mammals tieren sind zwei Mechanismen beschrie- papillen exprimiert werden. Die ␣- und to discriminate between different bitter ben, die an der Salzgeschmackswahr- ␤-Untereinheiten wurden gleich sam compounds! However, it remains to be 12

᭿3 Immunohistochemical localization of deu tet auf eine wichtige Rolle der ␦-Unter - ␦ -ENaC in a human circumvallate taste einheit bei der Geschmackswahr neh- papilla. The dotted line denotes a taste bud; mung hin, da nur im Porus Ge schmacks - the arrowhead indicates the immuno - reactivity present in the taste pore. stoffe mit den Geschmacks rezeptorzellen interagieren können. Eine gustatorische Rolle der ␦-Untereinheit könnte auch die determined if the subsequent neuronal eingeschränkte Amiloridempfindlichkeit processing maintains segregation of der menschlichen Salzgeschmackswahr- bitter taste information. nehmung erklären, denn verglichen mit der ␣-Untereinheit wird die ␦-Unter- einheit erst durch sehr hohe Amilorid kon - Mechanisms of salt taste transduction zentrationen gehemm t. Die unterschied- in humans liche Lokalisation der Untereinheiten und die von uns fest gestellten Intensi täts- Salt taste detects foods rich in minerals, ᭿3 Immunhistochemischer Nachweis von der unterschiede der Immunreaktivität wer - especially sodium chloride, and there- ␦-Untereinheit des epithelialen Natrium - fen allerdings zurzeit nicht zu beant wor- fore serves the homeostasis of elec- kanals in einer menschlichen circumvallaten tende Fragen hinsichtlich der Zusammen- trolytes. Salt taste is linked to attraction, Geschmackspapille. Die gepunktete Linie setzung der Kanal-Untereinheiten im markiert eine Geschmacksknospe, der Pfeil - driving the intake of salts and compen- kopf markiert die Immunreaktivität in der Zungengewebe auf. sating for the daily loss due to excretion. Geschmackspore. Darüber hinaus untersuchten wir den In rodents, two different mechanisms Einfluss des epithelialen Natriumkanals are involved in salt taste transduction. auf die Geschmackswahrnehmung mit One is activated by various cations and stärker exprimiert als die ␥-Untereinheit Hilfe sensorischer Tests, die wir mit funk- sensitive to the substance cetylpyri- und diese wiederum sehr viel stärker tionellen Analysen in Frosch-Oozyten dinium chloride, whereas the other is als die ␦-Untereinheit. Zudem konnten kombinierten (Abb. ᭿4 ). Dabei gingen wir specific for sodium ions and can be wir mit Hilfe von spezifischen Antiseren von folgender Hypothese aus: Sofern der blocked by amiloride. These latter prop- alle vier verschiedenen Untereinheiten epitheliale Natriumkanal zum Salz- erties led to the assumption that the in circumvallaten Geschmackspapillen geschmack beiträgt, müssten Substan zen, epithelial sodium channel (ENaC), a nachweisen und, mit Ausnahme der welche den Salzgeschmack von Test- ␣ ␤ ␣ heteromeric protein showing 2-, -, -Unter einheit, auch in fungiformen lösungen verstärken, im Oozyten-Experi- ␥-composition, mediates the sodium- Geschmacks papillen detektieren. Die für ment ebenfalls die Natriumkanal-abhän- specific part of salt taste. In man, die ␣-, ␤- und ␥-Untereinheiten spezifi- gigen Membranströme vergrößern. Wir ␦-subunits, which do not exist in schen Seren markierten das Zellinnere der beobachteten, dass die Substanzen murine species, can replace the ␣-poly- Geschmacksrezeptorzellen, während das Arginin, Lysin, Arginyl-Arginin und Cholin- peptides. The proposed role for ENaC as für die ␦-Untereinheit-spezifische Anti- chlorid die Salzgeschmackswahrneh mung a murine salt taste receptor was further serum ausschließlich den Porus der der Testpersonen (Abb. ᭿5 ) konzentrati- supported by subsequent work. Geschmacksknospen anfärbte (Abb. ᭿3 ). onsabhängig verstärkte, wohin gegen However, the molecular mechanisms Die Anfärbung des Geschmacksporus Glutamin keinen Effekt zeigte. In Über- involved in human salt taste transduction remained elusive. In particular, a role for ENaC has been questioned, based on the restricted amiloride- sensitivity of human salt taste perception. To elucidate the role of ENaC in human salt taste perception, we first showed that the mRNAs for all ENaC subunits are present in circumvallate and fungiform papillae. We next demonstrated the presence of ENaC- subunits in lingual cells. ␣- and ␤-ENaC immunoreactivity was seen in intra - cellular compartments, whereas the ␦-EnaC antiserum stained all taste pores (Fig. ᭿3 ). The specific localization of the ␦-subunit in taste pores supports a function of ENaC in taste transduction, as tastants contact the receptor cells only in this region. The distribution of ENaC subunits in different subcellular

᭿4 Injection of cRNA into frog oocytes to study ENaC. ᭿4 Injektion von cRNA in Frosch-Oozyten zur Untersuchung des epithelialen Natriumkanals. 13

᭿5 Nutritionist Natacha Roudnitzky participates in a sensory test.

compartments and the differences in signal intensities of ENaC-like immun- reactivity raises questions about the quarternary structure of lingual ENaC that cannot be answered yet. We further investigated the role of ENaC in taste transduction by combining functional expression analyses in frog oocytes with human sensory studies (Fig. ᭿4 and ᭿5 ). We reasoned that if ENaC is involved in salt taste transduction, chemicals that increase the salti- ness of test solutions would also ᭿5 Ernährungswissenschaftlerin Natacha Roudnitzky nimmt am Sensoriktest teil. increase sodium currents in oocytes expressing human ENaC. Indeed, we found several substances that fulfilled einstimmung mit den Befunden aus der gehören zu den heptahelikalen Rezep- these criteria. sensorischen Unter suchung verstärkten toren der Klasse C, die große, nach außen All in all, our results suggest a role for die Testsubstanzen, mit Ausnahme von gerichtete Proteinanteile (Ektodomänen) ENaC in taste. Some of the observations Glutamin, die Amilorid-empfindlichen aufweisen. Beide Untereinheiten besitzen are also compatible with a function of Natriumströme der Oozyten, die nach die Fähigkeit, Bindungsstellen für Süß- ENaC in salt taste transduction, justify- vorhergehender mRNA-Injektion den stoffe auszubilden. Ihre Ektodomänen ing further work in this direction. humanen epithelialen Natriumkanal pro- enthalten Venusfliegenfallen-Motive, mit duzierten. denen der Süßrezeptor orthosterische Zusammengefasst sprechen unsere Bindungstaschen für Mono- und Di- Structure and function of the Ergebnisse für eine Rolle des epithelialen saccharide ausbildet. Außerdem weist sweet taste receptor Natriumkanals bei der Geschmackswahr- der Süßrezeptor weitere Bindungsstellen nehmung. Einzelne Beobachtungen auf. So wird das süße Protein Brazzein Sweet taste is thought to guide recog- wären auch kompatibel mit einer Rolle durch eine cysteinreiche Region der nition of carbohydrate-rich foods. Since beim Salzgeschmack und lassen weitere Untereinheit TAS1R3 gebunden, welche a single receptor appears to be respon- Arbeiten zur Bestimmung der genauen die Ektodomäne mit dem heptahelikalen sible for detection of the numerous Funktion des epithelialen Natriumkanals Bereich verbindet. Bemerkenswert ist sweet tasting molecules, it is a superior aussichtsreich erscheinen. eine allosterische Bindungsstelle im hep- target for the development of improv- tahelikalen Bereich der TAS1R3-Unter- ed synthetic sweet taste compounds or einheit für den Süßinhibitor lactisole. modulators. So far, all tested sweeten- Diese Bindungsstelle überlappt mit der ers demonstrated their ability to acti- Struktur und Funktion des Süßrezeptors Bindungsstelle für den Süßstoff Cycla mat. vate the sweet receptor in cell-based Bernd Bufe, Frauke Stähler, Marcel Winnig Durch eine aufwendige Mutationsana - assays. This impressive property raises lyse, gepaart mit einer Computer model- questions about the nature of the Die Fähigkeit, Süßes zu schmecken, hilft lierung, haben wir die Bindungs tasche für receptor’s activation mechanisms. It dabei, kohlenhydratreiche Nahrungs- Neohesperidin-Dihydrochalcon (NHDC) turned out that the sweet receptor is a quellen zu erkennen. Säugetiere besitzen aufgeklärt. NHDC ist ein kalorienarmer heterodimer composed of the subunits offenbar nur einen einzigen Rezeptor, mit Süßstoff, der einige unvorteilhafte senso- TAS1R2 and TAS1R3, heptahelical dem sie die zahlreichen natürlich vor- rische Eigenschaften aufweist. Wenigs- receptors with large amino-terminal kommenden und synthetischen Süß- tens 16 Aminosäurereste in den heptahe- ectodomains. Both subunits display stoffe wahrnehmen können. Alle experi- likalen Segmenten II – VII sowie ein Rest the ability to form binding pockets for mentell überprüften süßen Substanzen in der 2. extrazellulären Schleife beein- agonists. Their ectodomains contain waren in der Lage, diesen „Süßrezeptor“ in flussen die Aktivierung des Rezeptors venus flytrap motifs that form ortho- zellbasierten Testverfahren zu aktivieren. durch NHDC und interagieren mit chemi- steric binding pockets for mono- and Diese erstaunliche Fähigkeit wirft die schen Gruppen des NHDC (Abb. ᭿6 ). disaccharides. The receptor also has Frage nach dem Aktivierungs mechanis- Einige dieser Reste sind ebenfalls an der additional binding sites. For instance, mus des Rezeptors auf. Die Aufklärung die- Bindung des Inhibitors lactisole sowie des the binding site for the sweet tasting ses Mechanismus wäre von großer Be- Süßstoffs Cyclamat beteiligt. In Über- protein brazzein lies in the cysteine-rich deutung, denn sie würde eine neue Basis einstimmung damit inhibiert lactisole region connecting the ectodomain schaffen, um den Geschmack syntheti- die Rezeptoraktivierung durch Cyclamat with the heptahelical region of TAS1R3. scher Süßstoffe zu optimieren. und NHDC kompetitiv. Die Aktivierung Most noteworthy is, however, an Der Süßrezeptor ist ein Heterodimer, durch Aspartam, das in der Ektodomäne allosteric binding site for the sweet das aus den Untereinheiten TAS1R2 und der TAS1R2-Untereinheit bindet, wurde inhibitor lactisole in the heptahelical TAS1R3 aufgebaut ist. Die Untereinheiten hingegen allosterisch inhibiert. Unsere region of TAS1R3. This site overlaps 14

᭿6 Top view on a model of the binding pocket for NHDC in the heptahelical region of TAS1R3 with docked NHDC. Amino acids that influence receptor activation are presented as spheres. Their sizes corres - pond to the size of the amino acid side chains. The colors represent their physico- chemical properties with hydrophobic amino acids shown in turquoise, hydrogen donors/acceptors in violet, and positively charged hydrogen donors in blue. Hydrogen bonds are indicated as broken lines. Their colors, from blue over violet to red, correspond to increasing binding energies. Carbon atoms of NHDC are drawn in white, oxygen atoms in red. The helical transmembrane segments of the polypeptide chain are represented by orange zig-zag lines. Loops have been omitted; the transmembrane segments are directly linked. Amino acid positions in red emerged from the first mutations, serving as anchors for building the model. The amino acid positions shown in gray, predict ed in the model to influence receptor activation by NHDC, have been experimentally verified. ᭿6 Ansicht eines Modells der NHDC Bindungstasche im heptahelikalen Bereich der TAS1R3- Untereinheit des Süßrezeptors mit angedocktem Aktivator. Aminosäuren, welche die Rezeptor - aktivie rung beeinflussen, sind als Kugeln dargestellt, wobei ihre Größe der der Aminosäure - with the binding sites for the activator seitenketten entspricht. Ihre Farbe entspricht den physikochemischen Eigenschaften der cyclamate. Amino säuren; hydrophobe Aminosäuren, türkis; Wasserstoffdonatoren/-akzeptoren, violett; positiv geladene Wasserstoffdonatoren, blau. Wasserstoffbrücken sind als unterbrochene Linien We determined the binding site for dargestellt. Die Farbgebung von blau über violett nach rot entspricht einer Zunahme an neohesperidin dihydrochalcone (NHDC) Bindungsenergie. Kohlenstoffatome des NHDC sind weiß, Sauerstoffatome rot eingezeichnet. through a large-scale mutational analy- Die helikalen Bereiche der Transmembransegmente sind als orange Zick-Zack-Linien erkennbar. sis in combination with computer Extra- und intrazelluläre Schleifen wurden weggelassen; die Transmembransegmente sind modeling. NHDC is a low calorie sweet- direkt miteinander verbunden. Rot dargestellte Positionen ergaben sich aus den anfangs ener with some adverse sensory prop- mutier ten Aminosäuren und dienten als Verankerungspunkte zur Modellierung. Grau einge - tragene Reste wurden durch das Modell als Bindungspartner vorhergesagt und experimentell erties. The binding pocket comprises at verifiziert. least 16 amino acid residues of the heptahelical segments II – VII and one residue in the extracellular loop II (Fig. ᭿6 ). Some of these residues also Beobachtungen unterstreichen die aus- Technische Mitarbeiter/innen form binding pockets for the sweet geprägte Vielfalt des Bindungsverhaltens Elke Chudoba inhibitor lactisole and the sweet com- des Süßrezeptors und erleichtern es, Stefanie Demgensky pound cyclamate. In accordance with Ansätze zum Design optimierter Süß- Robert Kuhnert these findings, lactisole inhibits com- geschmacksmodulatoren zu finden. Horst Maischack petitively receptor activation by cycla- Ulrike Redel mate and NHDC. In marked contrast, Sebastian Rose lactisole allosterically inhibited activa- Ellen Schöley-Pohl tion of the sweet receptor by aspar- Renate Schröder tame, a sweetener known to bind to a Stefanie Schultz site in the ectodomain of TAS1R2. Our observations support the extensive versatility of the binding properties of the sweet receptor and facilitate approaches towards the design of optimized novel sweeteners. 15

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/original publications Shirokova, E., Raguse, J.D., Meyerhof, W., Struktur und Funktion der humanen Behrens, M., Foerster, S., Staehler, F., Krautwurst, D.: The human vomeronasal TAS2R Bittergeschmacksrezeptoren Raguse, J.-D., Meyerhof, W.: Gustatory type-1 receptor family – detection of Finanzierung: DFG expression pattern of the human TAS2R volatiles and cAMP signaling in HeLa/Olf Laufzeit: 01.03.2008 – 31.03.2011 bitter receptor gene family reveals a het- cells. FASEB J. 22, 1416–1425 (2008). erogenous population of bitter responsive Bioassay-unterstützte Identifizierung taste receptor cells. J. Neurosci. 27, Stähler, F., Riedel, K., Demgensky, S., von Salzgeschmacksverstärkern zur Ent - 12630–12640 (2007). Neumann, K., Dunkel, A., Täubert, A., wicklung kochsalzarmer Lebens mittel Raab, B., Behrens, M., Raguse, J.D., Finanzierung: BMBF Brockhoff A., Behrens M., Massarotti, A., Hofmann, T., Meyerhof, W.: A role of the Laufzeit: 01.07.2006 – 30.06.2009 Appendino G., Meyerhof, W.: Broad tuning epithelial sodium channel in human salt of the human bitter taste receptor taste transduction? Chem. Percept. 1, 78– Internationales Leibniz-Graduierten- hTAS2R46 to various sesquiterpene lac- 90 (2008). kolleg: Sensorische, endokrine und tones, clerodane and labdane diterpenes, metabolische Kontrolle der Nahrungs- strychnine, and denatonium. J. Agric. Stepanyan, Z., Kocharyan A., Behrens, M., auswahl Food Chem. 55, 6236–6243 (2007). Koebnick, C., Pyrski, M., Meyerhof W.: Finanzierung: WGL Pakt für Innovation Somatostatin, a negative-regulator of und Forschung Carlo, A.-S., Meyerhof, W., Williams, L.M.: central leptin action in the rat hypothala- Laufzeit: 01.01.2007 – 31.12.2009 Early developmental expression of leptin mus. J. Neurochem. 100, 468–478 (2007). receptor gene and [125I]Leptin binding in Deorphanization of bitter taste recep- the rat forebrain. J. Chem. Neuroanat. 33, Winnig, M., Bufe B., Kratochwil, N.A., tors that modulate the bitter response 155–163 (2007). Slack, J.P., Meyerhof, W.: The binding site in humans for neohesperidin dihydrochalcone at the Finanzierung: Givaudan Flavors Carlo, A.S., Pyrski, M., Loudes, C., Faivre- human sweet taste receptor. BMC Struct. Corporation, USA Baumann, A., Epelbaum, J., Williams, L.M., Biol. 7:66 (2007). Laufzeit: 01.09.2003 – 31.08.2010 Meyerhof, W.: Leptin sensitivity in the developing rat hypothalamus. Endo- Cloning, expressing and deorphanizing crinology 148, 6073–6082 (2007). Übersichtsarbeiten/Reviews olfactory receptors and study of their Meyerhof, W.: Sour taste cells functionally ligand selectivity and specifity Hennigs J.K., Burhenne, N., Stähler, F., identified! J. Physiol. 586, 2819 (2008). Finanzierung: Givaudan Flavors Winnig, M., Walter, B., Meyerhof, W., Corporation, USA Schmale, H.: Sweet taste receptor inter- Stahler, F., Behrens, M., Bufe, B., Meyerhof, Laufzeit: 01.05.2004 – 30.04.2008 acting protein CIB1 is a general inhibitor W.: The molecular basis of peripheral 2+ of InsP3 –dependent Ca –release in vivo. taste transduction. Agro FOOD industry hi- Mechanisms of sweet receptor activa- J. Neurochem. 106, 2249–2262 (2008). tech 18, 61–63 (2007). tion by new Symrise-compounds Finanzierung: Symrise GmbH & Co. KG Reichling, C., Meyerhof, W., Behrens, M.: Laufzeit: 01.01.2008 – 31.12.2009 Functions of human bitter taste receptors Buchbeiträge/Book Articles depend on N-glycosylation. J. Neurochem. Max, M., Meyerhof, W.: Taste receptors. In: Entwicklung von Computermodellen 106, 1138–1148 (2008). Basbaum, A.I. et al. (eds.) The Senses: A als Ausgangspunkt für die molekulare Comprehensive Reference. Vol. 4: Taste Analyse menschlicher Bitterrezeptoren Roosterman, D., Kreuzer, O.J., Brune, N., and Olfaction. Elsevier, Amsterdam, 197– der hTAS2R-Genfamilie Cottrell, G.S., Bunnett, N.W., Meyerhof, W., 217 (2008). Finanzierung: Stiftung, Institut Danone Steinhoff, M.: Agonist-induced endocyto- für Ernährung e.V. sis of rat somatostatin receptor 1. Laufzeit: 01.03.2007 – 31.12.2008 Endocrinology 148, 1050–1058 (2007). Which taste receptors are triggered by Schmiedeberg, K., Shirokova, E., Weber, H.- Quest taste molecules? P., Schilling, B., Meyerhof, W., Krautwurst, Finanzierung: Quest International, D.: Structural determinants of odorant Niederlande recognition by the human olfactory Laufzeit: 01.10.2006 – 31.03.2007 receptors OR1A1 and OR1R2. J. Struct. Biol. 159, 400–412 (2007). Abteilung Pharmakologie 16 Leitung: Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost

Department of Pharmacology Head: Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost

Summary: Obesity (morbid overweight) Zusammenfassung Adipositas (krank- risierung (Linkage-Analyse) führte zur is the most important symptom of the haf tes Übergewicht) ist die wichtigste Identifizierung zahlreicher chromosoma- metabolic syndrome, which also com- Komponente des Metabolischen Syn- ler Segmente (quantitative trait loci, QTL), prises insulin resistance, dyslipopro- droms, das zudem durch Insulinresistenz, die mit dem jeweiligen Phänotyp (trait, z.B. teinemia (abnormal concentrations of Fettstoffwechselstörung und Bluthoch- Körperfett oder Blutzucker) assoziiert plasma lipoproteins), and hypertension druck gekennzeichnet ist. Ohne Adipositas sind und jeweils 200-750 Gene umfassen. (high blood pressure). In the absence of treten die anderen Symptome des Meta- Um die QTL weiter einzugrenzen und um obesity, other symptoms of the metabolischen Syndroms sowie seine Folge- die für den Phänotyp verantwortlichen bolic syndrome and its secondary com- komplikationen, zu denen auch der Typ-2- Gene zu identifizieren, verfolgten wir plications such as type 2 diabetes are Diabetes zählt, nur selten auf. Ihre mehrere parallele Strategien: (1) Eine rare. Obesity is caused by the interaction Ursachen sind erbliche Veranlagung und Haplotypen-Kartierung ermöglichte es, of life-style factors with a genetic pre- Lebensstil, die miteinander in Wechsel- bei den zu vergleichenden Stämmen grö- disposition. The aim of the department wirkung stehen. Ziel der Abteilung ist es, ßere, nicht-polymorphe Bereiche inner- is to elucidate the pathogenesis of obe- die Pathogenese (Krankheitsentstehung) halb der QTL auszuschließen. (2) Die sity and its complications, with partic- der Adipositas und ihrer Komplikationen Generierung von Mauslinien, welche ular emphasis on the role of nutrition, aufzuklären und den Einfluss der Ernäh- Fragmente eines QTL tragen (sog. rekom- on genetic factors, and their interaction. rung auf die Entstehung des Metabo- binant kongene Linien), erfolgte, um kriti- lischen Syndroms unter Berücksichtigung sche Bereiche einzugrenzen. So konnten genetischer Faktoren zu untersuchen. wir z.B. den Adipositas-QTL Nob3 auf Identification of susceptibility genes Chromsom 1 mit 750 Genen auf einen for obesity, insulin resistance, and Bereich mit 60 Genen reduzieren. (3) type 2 diabetes in a mouse model Schließlich führten wir Genexpressions- The polygenic predisposition (numerous Identifikation von Suszeptibilitätsgenen analysen unter anderem mit Hilfe QTL- variant genes) of obesity and diabetes für Adipositas, Insulinresistenz und spezifischer cDNA-Arrays durch, um aus- is characterized by a complex interac- Typ-2-Diabetes in einem Mausmodell gehend von differentiellen Expressionen tion of different gene variants with Hadi Al-Hasani, Jana Buchmann, Alexandra Adipositasgene aufzuspüren. each other and with exogenic factors Chadt, Tanja Dreja, Reinhart Kluge, Katja Identifizierung von Genen/Genvarian- (such as a fat-enriched diet). So far, only Leicht, Stephan Scherneck, Katja Schmolz, ten, die für Adipositas verantwortlich sind: a small fraction of the genetic basis of Annette Schürmann, Heike Vogel Tbc1d1, Abcg1, NmUr2 – Die Kombi nation obesity has been identified in human der oben beschriebenen Ansätze führte studies (genome-wide association Adipositas und Diabetes basieren auf zur Identifizierung eines Adipositas- studies or linkage studies). Therefore, einer polygenen Veranlagung, das heißt, Suppressors (Tbc1d1) im QTL für fettin- the group employs a polygenic mouse mehrere Genvarianten spielen für die duzierte Adipositas (Nob1; LOD score 7.9) model of the metabolic syndrome, the Krankheitsentstehung eine Rolle. Diese auf Chromosom 5, der von der schlanken, New-Zealand obese (NZO) mouse, in Veranlagung ist durch das komplexe fettresistenten Swiss-Jim-Lambert (SJL)- order to identify novel adipogenic and Inter agieren der einzelnen Genvarianten Maus stammt. Die Variante weist eine diabetogenic gene variants. Thereby, miteinander und durch die Wechselwir- Deletion von 7 Basenpaaren auf und pro- we intend to identify basic patho- kung der Genvarianten mit äußeren Fak- duziert deshalb ein verkürztes, inaktives genetic mechanisms that are also rele- toren charakterisiert. Zu diesen Faktoren Protein (‘loss-of-function’-Mutation). Das vant in the human disease. zählt insbesondere eine fettreiche Er- Gen kodiert ein GTPase-aktivierendes Strategy for the identification and nährung. Bisher haben Wissenschaftler Protein (GAP) und ist somit ein Schalter dissection of chromosomal regions asso- mittels Untersuchungen am Menschen der intrazellulären Signaltransduktion. ciated with obesity and diabetes – We (genomweite Assoziationsstudien, ge- Tbc1d1 wird überwiegend im Skelett- have previously generated outcross nomweite Kopplungsanalysen) nur muskel exprimiert. Wurde die Tbc1d1- populations of the NZO mouse with wenige Genvarianten identifizieren kön- Expression in Muskelzellen mittels RNA- other mouse strains (SJL, NZB, and nen, die zur Pathogenese der Adipositas Interferenz gehemmt, war die Aufnahme C57BL/6). The individuals of these pop- und des Diabetes beitragen. Die Gruppe und Oxidation von Fettsäuren erhöht, ulations carry mixed genomes; pheno- nutzt daher ein gut definiertes, polygenes während die Überexpression von Tbc1d1 typic and genotypic characterization Mausmodell für das Metabolische gegenteilige Effekte zur Folge hatte (linkage analysis) resulted in the identi- Syndrom, die New-Zealand obese (NZO)- (Abb. ᭿1 ). Eine rekombinant kongene fication of several chromosomal frag- Maus, um Adipositas- und Diabetesgene Linie, die kein intaktes Tbc1d1 besitzt, ments (quantitative trait loci, QTL) zu identifizieren, und die Ergebnisse dann zeigte einen erniedrigten respiratori- which are associated with the traits of auf den Menschen zu übertragen. schen Quotienten, sowie erhöhte Fett- the syndrome (e.g., fat mass and blood Strategie zur Identifikation und Ein- säure- und niedrige Glucoseaufnahme- glucose). In order to further narrow grenzung der mit Adipositas und Diabetes raten im Muskel. Diese Ergebnisse down the critical region of the QTL and assoziierten chromosomalen Abschnitte – be legen, dass die Fettverbrennung im to ultimately identify the gene variants In Vorarbeiten führten wir genomweite Muskel eine wesentliche Rolle in der responsible for the phenotype, we Analysen von Auskreuzungspopulatio - Kontrolle der Energiebilanz und der Fett- employed parallel strategies: (1) nen der NZO-Maus mit drei anderen speicherung spielt. Haplotype mapping identified poly- schlanken Mausstämmen durch. Die Die Projektion von – in anderen Tier- morphic and non-polymorphic regions, Individuen dieser Populationen tragen modellen identifizierten – Kandidaten- allowing elimination of large non-poly- vollständig gemischte Genome; die phä- genen auf die QTL-Karte der NZO-Maus morphic parts of the QTL. (2) The gen- notypische und genotypische Charakte- deckte mehrere Kandidaten auf, deren 17

᭿1 A mutation in Tbc1d1 results in increased fatty acid oxidation in muscle. (A) Secondary structure of the protein. A mutation in the SJL strain results in truncation at tyrosine 967. Overexpression (B) of Tbc1d1 wild type, but not of an inactive mutant (R941K), in cultured muscle cells decreases fatty acid uptake (C) and fatty acid oxidation (D). LV, lentiviral- mediated overexpression; PTB, phospho - tyrosine binding domain; TBC, tre-2/USP6, BUB2, cdc16 domain; Kon, control

eration of mouse lines carrying frag- ments of a QTL on a lean background (recombinant congenic lines) allowed the identification of small critical regions of the QTL. (3) Finally, gene expression studies, e.g., with QTL-specific cDNA arrays were performed in order to identify the responsible gene variants based on differential expressions. Identification of genes/gene variants responsible for obesity. Tbc1d1, Abcg1, NmUR2 – The combination of approaches listed above lead to the identification of an obesity suppressor (Tbc1d1) in a SJL-derived QTL for high- fat diet induced obesity (Nob1, LOD score 7.9) on chromosome 5. The variant carries a 7-bp deletion which resulted in truncation of the protein (loss-of-function mutation). The gene ᭿ 1 Eine Mutation im Tbc1d1-Gen führt zur vermehrten Fettsäureoxidation im Muskel. encodes a GTPase activating protein (A) Sekundärstruktur des Proteins. Die Mutation im SJL-Mausstamm führt zum Abbruch des (GAP) and is therefore a switch of Proteins bei Tyrosin-967. Die Überexpression (B) von Wildtyp-Tbc1d1 (wt), nicht aber einer inaktiven Mutante (R941K), in kultivierten Muskelzellen, vermindert die Fettsäureaufnahme (C) the intracellular signal transduction. und die Fettsäureoxidation (D). LV, Lentiviral-vermittelte Überexpression; PTB, Phosphotyrosin- Tbc1d1 is predominantly expressed in Bindungsdomäne; TBC, tre-2/USP6, BUB2, cdc16 domain; Kon, Kontrolle. skeletal muscle. The si-RNA mediated inhibition of Tbc1d1 expression in muscle cells increases fatty acid uptake and Einfluss wir im Hinblick auf die Regula tion Rolle von Kohlenhydraten bei der oxidation, whereas overexpression of des Körpergewichts überprüften. So Entstehung des Typ-2-Diabetes Tbc1d1 had opposite effects. A recom- spielt der Cholesterintransporter ABCG1 Hella Jürgens, Oliver Kluth, Farshad Mirhashemi, binant congenic line carrying a defective eine bisher unbekannte Rolle für die Adi- Susanne Neschen, Annette Schürmann Tbc1d1 exhibited a reduced respiratory positasentwicklung: Schalteten wir sein quotient, increased fatty acid uptake, Gen in der Maus aus (knockout-Maus), so Epidemiologische, am Menschen erho- and reduced glucose transport rates in war diese resistent gegenüber einer fett- bene Daten zeigen, dass das Typ-2-Dia- muscle. These results demonstrate reichen Diät und wies unter der genann- betes-Risiko durch die Makronährstoffe that the ratio of fat versus glucose ten Diät im Vergleich zu Kontrollmäusen Fett und Kohlenhydrate modifiziert wer- oxidation in muscle plays an important eine verbesserte Glucosetoleranz auf. Sie den kann. Um die Mechanismen dieser role in the control of energy balance and hatte zudem eine erhöhte Körpertem - Beziehung aufzuklären, fütterten wir lipid storage (Fig. ᭿1 ). peratur, eine gesteigerte körperliche NZO-Mäuse mit einer Standarddiät (SD, By sequencing of candidate genes Aktivität und einen erhöhten Energie- 19 % Protein, 4 % Fett, 51 % Kohlen - identified in other animal models and umsatz, also Parameter, die zu einem hydrate), einer fettreichen, kohlenhydrat- located in the QTL of the NZO mouse, we reduzierten Körpergewicht beitragen. haltigen (HFD, 17 % Protein, 15 % Fett, identified two additional variants Wir identifizierten außerdem eine 47 % Kohlenhydrate) oder einer kohlen- involved in regulation of the body Variante in dem Neuromedin-U-Rezeptor hydratfreien, sehr fettreichen Diät (CFD, weight: The cholesterol transporter 2 (NmUR2), der im Hypothalamus nach 20 % Protein, 68 % Fett). Dabei unter- ABCG1 plays a so far unknown role in Bindung des Neuropeptids Neuromedin- suchten wir die Gewichtsentwicklung, the development of obesity: Deletion of U ein Sättigungssignal auslöst. Die NZO- die Insulinsensitivität und die Glucose- its gene in mice resulted in a mutant Maus exprimiert eine Variante mit ver- homöostase der Tiere. NZO-Mäuse nah- that was resistant to high-fat diet. The minderter Aktivität, NmUR2V190M/I202M, men mit der kohlenhydratfreien Diät am knockout mouse exhibited an elevated die zur Hyperphagie der NZO-Maus bei- stärksten an Gewicht und Fettmasse zu, body temperature, increased locomotor trägt. aber entwickelten im Gegensatz zu den activity, and increased energy expendi- 18

᭿2 Degeneration of ␤-cells depends on the presence of dietary carbohydrates. (A) Immunohistochemical detection of insulin in Langerhans’ islets of NZO mice fed different diets, after 10 and 22 weeks. (B) Postprandial changes in blood glucose concentration of 8-week-old NZO mice. (C) Relative ␤-cell area in pancreases of C57BL/6 (B6) and NZO mice kept on different diets, after 22 weeks. (D) Glucose infusion rates of 8-week-old NZO mice in a hyperinsulinemic euglycemic clamp. SD, standard diet: 19 % protein, 4 % fat, 51 % carbohydrates; HFD, high-fat diet: 17 % protein, 15 % fat, 47 % carbohydrates; CFD, carbohydrate-free diet: 20 % protein, 68 % fat. Red arrows: abnormalities in CFD-fed mice. ture, para meters contributing to reduced body weight. In addition, we identified a variant in the neuromedin U receptor 2 (NmUR2) which mediates satiety after binding of the neuro- peptide neuru medin U in the hypothalamus. The NZO mouse carries a variant which contributes to hyper - phagia of the strain.

Role of carbohydrates in the development of type 2 diabetes Data from human cohort studies have shown that the risk of type 2 diabetes is modified by macronutrients. In order to analyze the mechanism of these ᭿2 Kohlenhydrate spielen eine entscheidende Rolle im Versagen der ␤-Zellen. associations, NZO mice were fed a (A) Immunhistochemischer Nachweis von Insulin in Langerhans-Inseln von NZO-Mäusen, die standard diet (19 % protein, 4 % fat, mit unterschiedlichen Diäten gefüttert wurden. (B) Veränderungen der postprandialen Blut - glucosekonzentration acht Wochen alter NZO-Mäuse. (C) Relative ␤-Zell-Fläche in Pankreata 51 % carbohydrates), a high-fat, carbo- von C57BL/6- (B6) und NZO-Mäusen, nach Fütterung unterschiedlicher Diäten. (D) Glucose - hydrate-containing diet (17 % protein, infusionsraten acht Wochen alter NZO-Mäuse gemessen in einem hyperinsulinämischen 15 % fat, 47 % carbohydrates) or a car- euglykämischen Clamp. SD, 19 % Protein, 4 % Fett, 51 % Kohlenhydrate; HFD, 17 % Protein, bohydrate-free, fat-enriched diet (20 % 15 % Fett, 47 % Kohlenhydrate; CFD, 20 % Protein, 68 % Fett. Rote Pfeile kennzeichnen Auffällig - protein, 68 % fat). Body weight devel- keiten der mit CFD gefütterten Versuchstiere. opment, insulin sensitivity, and glucose homeostasis were determined. NZO mice that were fed the carbohydrate- anderen Gruppen keinen Diabetes, der mit Die Ergebnisse zeigen, dass Koh len hydra te, free diet exhibited the highest increase einem Absterben der ␤-Zellen verbunden und damit vermutlich die Höhe der Blut- in body weight. However, in contrast to war (Abb. ᭿2 ). Erhielten die Tiere Kohlen- zuckerauslenkungen, eine entscheidende the groups that received carbo hydrates, hydrate in ihrer Diät, wurden sie aufgrund Rolle imVersagen und in der Degeneration they did not develop diabetes with ␤- einer Degeneration der ␤-Zellen hyper- Insulin-produzierender ␤-Zellen spielen. cell failure. Mice receiving carbohydrates glykämisch (Blutglucosekonzentration became hyperglycemic (blood glucose >16 mmol/l). Immunhistologische Unter- Technische Mitarbeiterinnen concentration > 16 mmol/l) due to a suchungen hatten gezeigt, dass die ␤- Nicole Boche degeneration of ␤-cells. Immuno- Zellen nicht nur deutlich weniger Insulin Carolin Borchert histochemical studies demonstrated enthielten, sondern auch geringe Level des Peggy Großmann that the ␤-cells contained reduced lev- Glucosetransporters GLUT2 und des Anne Karasinsky els of insulin, the glucose transporter Transkriptionsfaktors MafA exprimierten. Monika Niehaus GLUT2, and the transcription factor Unter der kohlenhydratfreien Diät blieben Carola Plaue MafA. Under carbohydrate restriction, die NZO-Mäuse trotz extremer Insulin- Michaela Rath NZO mice remained normoglycemic in resistenz (Abb. ᭿2 ) während des gesamten Anett Seelig spite of an aggravated insulin resistance Beobachtungszeitraums normoglykämisch. Kathrin Warnke (Fig. ᭿2 ). These results suggest that dietary carbohydrates, presumably through postprandial blood glucose excursions, play an essential role in the degeneration of insulin producing ␤-cells. 19

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Originalarbeiten/Original Papers Schmidt, C., Gonzaludo, N.P., Strunk, S., Kompetenznetz Adipositas: Verbund Buchmann, J., Meyer, C., Neschen, S., Dahm, S., Schuchhardt, J., Kleinjung, F., „NEUROTARGET – Validierung von Adi po - Augustin, R., Schmolz, K., Kluge, R., Al- Wuschke, S., Joost, H.-G., Al-Hasani, H.: A sitasgenen als targets für neue Anti- Hasani, H., Jürgens, H., Eulenberg, K., meta-analysis of QTL for diabetes-related Adipositas-Substanzen“ Wehr, R., Dohrmann, C., Joost, H.-G., traits in rodents. Physiol. Genomics 34, 42– Finanzierung: BMBF Schürmann, A.: Ablation of the cholesterol 53 (2008). Laufzeit: 01.07.2008 – 30.06.2011 transporter adenosine triphosphate- binding cassette transporter G1 reduces Schmolz, K., Pyrski, M., Bufe, B., Vogel, H., NGFN-plus: Molekulare Mechanismen adipose cell size and protects against Nogueiras, R., Scherneck, S., Nestler, M., der Adipositas: Identifizierung von diet-induced obesity. Endocrinology 148, Zahn, C., Rüschendorf, F., Tschöp, M., Genen, die zur polygenen Adipositas der 1561–1573 (2007). Meyerhof, W., Joost, H.-G., Schürmann, A.: Maus beitragen Role of neuromedin-U in the central con- Finanzierung: BMBF Chadt, A., Leicht, K., Deshmukh, A., Jiang, trol of feeding behavior: a variant of the Laufzeit: 01.06.2008 – 31.05.2011 L.Q., Scherneck, S., Bernhardt, U., Dreja, T., neuromedin-U receptor 2 contributes to Vogel, H., Schmolz, K., Kluge, R., Zierath, J.R., hyperphagia in the New-Zealand obese NGFN2: Genomnetz Neuro-Adipositas: Hultschig, C., Hoeben, R.C., Schürmann, A., mouse. Obes. Metab. 3, 28–37 (2007). Identifizierung von Kandidatengenen Joost, H.-G., Al-Hasani, H.: Tbc1d1 muta- für die humane Adipositas und ihre epi- tion in lean mouse strain confers leanless Schulze, M.B., Al-Hasani, H., Boeing, H., demiologische Bedeutung für Er kran - and protects from diet-induced obesity. Fisher, E., Döring, F., Joost, H.-G.: Variation kungen des Metabolischen Syndroms Nat. Genet. 40, 1354–1359 (2008). in the HHEX-IDE gene region predisposes Finanzierung: BMBF to type 2 diabetes in the prospective, pop- Laufzeit: 01.09.2004 – 31.05.2008 Jürgens, H.S., Neschen, S., Ortmann, S., ulation-based EPIC-Potsdam cohort. Scherneck, S., Schmolz, K., Schüler, G., Diabetologia 50, 2405–2407 (2007). BioProfile Nutrigenomik: Verbundvor - Schmidt, S., Blüher, M., Klaus, S., Perez-Tilve, haben: PhysioSim – ein In-silico-Krank - D., Tschöp, M.H., Schürmann, A., Joost, H.- Wuschke, S., Dahm, S., Schmidt, C., Joost, heitsmodell zur Diagnose von Adipo - G.: Development of diabetes in obese, H.-G., Al-Hasani, H.: A meta-analysis of sitas-induziertem Typ-2-Diabetes insulin-resistant mice: essential role of quantitative trait loci associated with Finanzierung: BMBF dietary carbohydrate in beta cell destruc- body weight and adiposity in mice. Int. J. Laufzeit: 01.03.2005 – 31.08.2007 tion. Diabetologia 50, 1481–1489 (2007). Obes. 31, 829–841 (2007). EUGENE2: European network of functio- Neschen, S., Katterle, Y., Richter, J., nal genomics of type 2 diabetes Augustin, R., Scherneck, S., Mirhashemi, F., Übersichtsarbeiten/Reviews Finanzierung: EU Schürmann, A., Joost, H.-G., Klaus, S.: Joost, H.-G., Gibney, M.J., Cashman, K.D., Laufzeit: 01.11.2004 – 31.10.2008 Uncoupling protein 1 expression in Görman, U., Hesketh, J.E., Mueller, M., van murine skeletal muscle increases AMPK Ommen, B., Williams, C.M., Mathers, J.C.: Internationales Leibniz-Graduier ten kol - activation, glucose turnover, and insulin Personalized nutrition: status and per- leg: Sensorische, endokrine und meta- sensitivity in vivo. Physiol. Genomics 33, spectives. Br. J. Nutr. 98, 26–31 (2007). bolische Kontrolle der Nahrungsaus - 333–340 (2008). wahl Joost, H.-G., Tschöp, M.H.: NO to obesity: Finanzierung: WGL Pakt für Innovation Nogueiras, R., Pfluger, P., Tovar, S., Arnold, does nitric oxide regulate fat oxidation und Forschung M., Mitchell, S., Morris, A., Perez-Tilve, D., and insulin sensitivity? Endocrinology Laufzeit: 01.01.2007 – 31.12.2009 Vázquez, M.J., Wiedmer, P., Castañeda, 148, 4545–4547 (2007). T.R., DiMarchi, R., Tschöp, M., Schurmann, A., Joost, H.-G., Williams, L.M., Langhans, Joost, H.-G.: Pathogenesis, risk assess- W., Diéguez, C.: Effects of obestatin on ment and prevention type 2 diabetes energy balance and growth hormone mellitus. Obes. Facts 1, 128–137 (2008). secretion in rodents. Endocrinology 148, 21–26 (2007).

Nogueiras, R., Wiedmer, P., Perez-Tilve, D., Veyrat-Durebex, C., Keogh, J.M., Sutton, G.M., Pfluger, P.T., Castaneda, T.R., Neschen, S., Hofmann, S.M., Howles, P.N., Morgan, D.A., Benoit, S.C., Szanto, I., Schrott, B., Schürmann, A., Joost, H.-G., Hammond, C., Hui, D.Y., Woods, S.C., Rahmouni, K., Butler, A.A., Farooqi, I.S., O'Rahilly, S., Rohner-Jeanrenaud, F., Tschöp, M.H.: The central melanocortin system directly controls peripheral lipid metabolism. J. Clin. Invest. 117, 3475– 3488 (2007). Arbeitsgruppe Physiologie des Energiestoffwechsels 20 Leitung: Prof. Dr. Susanne Klaus

Section – Physiology of Energy Metabolism Head: Prof. Dr. Susanne Klaus

Skeletal muscle energy metabolism: Energiestoffwechsel des Muskels: einen geringeren Körperfettanteil. Unter- influence on obesity and substrate Einfluss auf Adipositas und suchungen des Glucosestoffwechsels metabolism Substratstoffwechsel mittels euglykämischer-hyperinsulinämi- Jana Hof, Anne-Kathrin Hoffmann, scher Clamps zeigten bei den transgenen Nearly 40 % of body weight consists of Melanie Kahle, Yvonne Katterle, Susanne Mäusen eine erhöhte In-vivo-Insulinsen- skeletal muscle, which is an important Keipert, Susanne Neschen sitivität und eine gesteigerte Glucose- determinant of resting energy expendi- aufnahme in Muskel- und Fettgewebe. ture. Therefore, increasing skeletal Die Skelettmuskulatur macht etwa 40 % Weitergehende biochemische und mole- muscle and thus total energy expendi- des Körpergewichts aus und ist damit eine kulare Charakterisierungen deuten auf ture would be an interesting approach wichtige Determinante des Grund- einen Cross-talk zwischen Muskel- und in obesity therapy. One possibility is to umsatzes. Ein interessanter Ansatz in der Fettgewebe hin. Offensichtlich bewirkt partially uncouple the skeletal-muscle Adipositastherapie wäre demnach, die die mitochondriale Entkopplung der mitochondrial respiratory chain, there- Muskelthermogenese zu erhöhen und Muskulatur im weißen Fettgewebe fore decreasing energy efficiency and damit den gesamten Energieumsatz zu sowohl eine erhöhte Lipogenese als auch increasing loss of energy as heat. steigern. Eine theoretische Möglichkeit eine erhöhte Lipolyse und damit verbun- In order to evaluate long-term besteht darin, die mitochondriale At- den, einen Energie-verbrauchenden metabolic consequences of such an mungskette in der Muskulatur teilweise „futile cycle“. Die zugrunde liegenden approach, we are investigating trans- zu entkoppeln, um so die Energieeffizienz molekularen Mechanismen sind dabei genic mice (HSA-mUCP1 mice) that zu verringern. Überschüssige Energie noch unklar. express the mitochondrial uncoupling würde dann als Wärme freigesetzt. Interessanterweise sind die HSA- protein (UCP1) in skeletal muscle. Um die langfristigen metabolischen mUCP1-Mäuse auch nicht generell vor der These mice are smaller than their wild- Auswirkungen eines solchen Ansatzes Entwicklung einer Diät-induzierten Adi- type littermates; they show an increased aufzuklären, untersuchen wir an transge- posi tas geschützt. Erhielten sie eine sehr activity-related energy expenditure nen Mäusen (HSA-mUCP1-Mäuse), wie fett- und kohlenhydrathaltige Diät, nahm and decreased lean body mass and a sich eine erhöhte Entkopplung der ihre Körperfettmasse stark zu. Ihre Insu lin- lower body fat content. Investigations Muskelmitochondrien auf den Energie- sensitivität änderte sich dagegen nicht using euglycemic hyper-insulinemic und Substratstoffwechsel auswirkt. (Abb. ᭿1 ). Dies weist darauf hin, dass zwi- clamps demonstrated an increased Die HSA-mUCP1-Mäuse exprimieren schen der Adipositas und der Insulin- insulin sensitivity in vivo and increased gezielt das Entkopplerprotein UCP1 in der resistenz der Tiere kein Zusammenhang glucose uptake in muscle and adipose Skelettmuskulatur. Ihr Energieumsatz ist besteht. In weiterführenden Studien tissue in transgenic mice. Further bio- bei körperlicher Aktivität erhöht. Ebenso untersuchen wir nun die langfristigen chemical and molecular characteriza- sind sie kleiner als ihre Wildtyp-Ge- Auswirkungen der mitochondrialen Ent- tion points to a crosstalk between mus- schwister, denn sie haben sowohl eine kopplung des Skelettmuskels. Dabei wol- cle and adipose tissue. Apparently, geringere fettfreie Körpermasse als auch len wir am Mausmodell aufklären, ob dies mitochondrial uncoupling in muscle results in an increased lipogenesis and lipolysis in white adipose tissue, i.e., an energy-dissipating futile cycle. The molecular mechanisms responsible are not clear yet. Inter estingly, HSA-mUCP1 mice are not generally protected from the development of obesity. When fed a diet high in carbohydrates and fat they display a substantial increase in body fat but unchanged insulin sensitivity, i.e., a dissociation of obesity and insulin resistance. In ongoing experiments we are now investigating the long-term outcome of muscle mitochondrial uncoupling in order to determine in the mouse model if this could lead to an increased life expectancy and amelio-

᭿1 Insulin sensitivity of HSA-mUCP1 transgenic mice and littermate controls fed different macronutrient diets. Independ ent of the diet, HAS-UCP1 mice showed a higher insulin sensitivity (right, blood glucose levels after injection of 0.75 U/kg ᭿1 Insulinsensitivität von transgenen HSA-mUCP1-Mäusen und Kontrollen nach Fütterung insulin) and lower blood insulin levels in verschiedener Makronährstoffdiäten. Unabhängig von der Diät wiesen HSA-UCP1-Mäuse nach the fed state (left). HCLF: high-carbo hydrate/ der Futteraufnahme eine größere Insulinsensitivität auf (rechts, Blutglucosewerte nach low-fat diet; HCHF: high-carbohydrate/ Injektion von 0,75 U/kg Insulin) und hatten niedrigere Insulinspiegel (links). HCLF: Diät mit high-fat diet; LCHF: low-carbohydrate/ hohem Kohlenhydratanteil und geringem Fettanteil; HCHF: Diät mit hohem Kohlenhydratanteil high-fat diet. und hohem Fettanteil; LCHF: Diät mit geringem Kohlenhydratanteil und hohem Fettanteil 21

᭿2 Christine Fleißner preparing samples for real-time PCR test

ration of age- and diet-related development of insulin resistance.

Effects of nutrients and gastrointestinal microbiota on energy metabolism

Furthermore, we investigate the effects of nutrients on energy and substrate metabolism. For these projects we have developed methods based on substrates labeled with stable isotopes in order to analyze substrate metabolism in vivo in animals but also in humans. We could show that the use of corn oil, which is naturally enriched in 13C, makes it possible to investigate the incorporation of exogenous fatty acids into different organs in animal experiments. In a study with human volun- ᭿2 Christine Fleißner bereitet Proben für eine Real Time-Polymerase Chain Reaction (RT-PCR)- Untersuchung vor. teers, we found that a meal low in protein leads to increased oxidation of exogenous fatty acids but no changes in die Lebenserwartung der Tiere steigern den zwei verschiedene fettreiche Mahl- total fat oxidation compared to a meal kann sowie dabei hilft, einer altersbeding- zeiten, wobei die eine einen niedrigen (4 % with adequate protein content. ten Insulinresistenz entgegenzuwirken. der Energieaufnahme), die andere einen Because diets with high protein content adäquaten Proteinanteil (11 % der are currently being discussed for obesity Energieaufnahme) aufwies. Wir konnten therapy, we are now investigating the zeigen, dass die proteinarme Kost die short- and long-term metabolic effects Einfluss von Nahrungsinhaltsstoffen postprandiale Gesamtfettoxidationnicht of diets with different protein and und der gastrointestinalen Mikrobiota beeinflusste. Dagegen führte sie aber zu amino acid contents. auf den Energiestoffwechsel einer erhöhten Oxidation der mit der In a collaborative project with the Annett Brachmann, Christine Fleissner, Maika Mahlzeit aufgenommenen Fette. Department of Gastrointestinal Micro- Friedrich, Kristina Lossow, Anne Noatsch, Zudem untersuchen wir am Maus- biology, we are investigating the role Klaus-Jürgen Petzke, Christiane Sporbert modell die kurz- und langfristigen Aus- of intestinal microbiota on energy wirkungen von Diäten mit verschiedenem metabolism in mouse models of diet- In weiteren Projekten untersuchen wir die Proteingehalt und unterschiedlicher induced obesity. So far, our results indi- Auswirkungen von Nahrungsinhaltsstof - Aminosäurezusammensetzung auf den cate that the intestinal microbiota has fen auf den Energie- und Substratstoff- Energiestoffwechsel und die Glucose- a considerable but differential effect on wechsel. Für diese Projekte haben wir homöostase. Dabei fokussieren wir development of obesity, depending on Methoden basierend auf stabilisotopen besonders auf die Rolle von Leucin, einer the diet composition. markierten Substraten entwickelt, um essentiellen Aminosäure. den Substratstoffwechsel in vivo an Ver - In Zusammenarbeit mit der Abteilung suchstieren, aber auch beim Menschen, zu Gastrointestinale Mikrobiologie untersu- charakterisieren. chen wir an einem Mausmodell der nah- Im Tierversuch verwenden wir bei- rungsinduzierten Adipositas den Einfluss spielsweise Maisöl, das natürlicherweise der intestinalen Mikrobiota auf den mit 13C angereichert ist, um die Inkorpo- Energiestoffwechsel. Unsere bisherigen ration exogener Fettsäuren in verschie- an keimfreien und konventionellen dene Gewebe zu untersuchen. Die gleiche Mäusen ge wonnenen Ergebnisse deuten Technik setzen wir auch in Humanstu dien darauf hin, dass die Darmbesiedlung in ein, um die Beziehungen von Fett- und Abhängigkeit von der verfütterten Diät Proteinstoffwechsel zu analysieren. generell erhebliche Einflüsse auf die Da Diäten mit einem hohen Protein- Entwicklung von Adipositas hat. gehalt derzeit in der Adipositastherapie kontrovers diskutiert werden, untersuchen wir, wie sich der Verzehr von Technische Mitarbeiterinnen Mahlzeiten mit unterschiedlichem Pro - Petra Albrecht teingehalt auf die Fettoxidation auswirkt. Karin Schaller In einem ersten Versuch erhielten Pro ban- Antje Sylvester 22

Drittmittelprojekte Ausgewählte Publikationen External Funding Selected Publications

Auswirkungen einer Entkopplung von Originalarbeiten/Original Papers Neschen, S., Katterle, Y., Richter, J., Muskelmitochondrien auf die Energie- Bosy-Westphal, A., Müller, M.J., Bosch- Augustin, R., Scherneck, S., Mirhashemi, F., homöostase und den Substratstoff- mann, M., Klaus S., Kreymann, G., Schürmann, A, Joost, H.-G., Klaus, S.: wechsel bei Mäusen Lührmann, P.M., Neuhäuser-Berthold, M., Uncoupling protein 1 expression in Finanzierung: DFG Noack, R., Pirke, K.M., Platte, P., Selberg, O., murine skeletal muscle increases AMPK Laufzeit: 01.03.2007 – 28.02.2012 Steiniger, J.: Grade of adiposity affects the activation, glucose turnover, and insulin impact of fat mass on resting energy sensitivity in vivo. Physiol. Genomics 33, Protein- und Aminosäureanteil im expenditure in women. Br. J. Nutr. 101, 333–340 (2008). Futter – Einfluss auf die Regulation der 474–477 (2009). Energiehomöostase sowie Expression Petzke, K.J., Klaus, S.: Reduced postprandial relevanter Gene bei Mäusen Jürgens, H.S., Neschen, S., Ortmann, S., energy expenditure and increased exoge- Finanzierung: DFG Scherneck, S., Schmolz, K., Schüler, G., nous fat oxidation in young women after Laufzeit: 01.07.2007 – 30.06.2009 Schmidt, S., Blüher, M., Klaus, S., Perez-Tilve, ingestion of test meals with a low protein D., Tschöp, M.H., Schürmann, A., Joost, content. Nutr. Metab. 5–25 (2008). Stabilisotopenhäufigkeiten (13C, 15N) H.-G.: Development of diabetes in obese, in Proteinen und Aminosäuren der insulin-resistant mice: essential role of Petzke, K.J., Riese, C., Klaus, S.: Short-term, Haare vom Menschen – Kontrollierte dietary carbohydrate in beta cell destruc- increasing dietary protein and fat moder- Studie zum Nachweis der Nutzbarkeit tion. Diabetologia 50, 1481–1489 (2007). ately affect energy expenditure, sub- als Biomarker der Proteinernährung strate oxidation and uncoupling protein Finanzierung: DFG Katterle, Y., Keipert, S., Hof, J., Klaus, S.: gene expression in rats. J. Nutr. Biochem. Laufzeit: 01.02.2006 – 31.12.2008 Dissociation of obesity and insulin resist- 18, 400–407 (2007). ance in transgenic mice with skeletal Fett induzierte, transiente Hyperpha gie: muscle expression of uncoupling protein 1. Untersuchung der potentiellen Mecha- Physiol. Genomics 32, 352–359 (2008). nismen am Mausmodell Finanzierung: Institut Danone für Ernährung e.V. Laufzeit: 01.03.2007 – 31.12.2008

Effects of TEAVIGO on fat and glucose metabolism in mice via stable isotope technique Finanzierung: DSM Nutritional Products AG, Schweiz Laufzeit: 10.05.2006 – 31.03.2007 Arbeitsgruppe Endokrine Pharmakologie Leitung: Prof. Dr. Annette Schürmann 23

Section – Endocrine Pharmacology Head: Prof. Dr. Annette Schürmann

Transport von Nährstoffen: gut löslich, können aber die Lipid doppel- Transport of nutrients: molecular Molekulare Grundlagen und Regulation schicht der Zellen nicht passieren. Dafür basis and regulation Hadi Al-Hasani, Robert Augustin, Ulrike gibt es Transporter, die Monosaccharide Among the three main nutrients carbo- Bernhardt, Nicole Buttstädt, Alexandra Chadt, entweder aktiv als Natrium-abhängige hydrates, fat, and proteins, carbohy- Verena Gawlik, Miriam Richter, Stefan Schmidt Glucosetransporter (SGLT = sodium de - drates are the most effective source of pendent glucose transporters) oder passiv energy. They are enzymatically cleaved Alle Nahrungsmittel lassen sich in die drei über eine erleichterte Diffusion durch to the monosaccharides glucose, galac- Hauptkomponenten Kohlenhydrate, Fette GLUT-Proteine in die Zellen bringen. tose, and fructose within the small und Proteine unterteilen. Dabei stellen Die Familie der GLUT-Proteine zählt 14 intestine, and are subsequently trans- Kohlenhydrate die effektivste Energie- Mitglieder, die sich in ihrer Gewebs- ported from the intestinal mucosa into quelle dar. Sie werden im Verdau ungs- verteilung und zum Teil auch in ihren the blood. Sugars are soluble in water system enzymatisch zu Glucose und wei- Substratspezifitäten unterscheiden. Da and blood but cannot penetrate teren Monosacchariden wie Galactose Glucose auch als Sensormolekül fungiert through the lipid bilayer of cells. und Fructose abgebaut und über die und an der Regulation der Nahrungs- Transport of monosaccarides is medi- Darmschleimhaut ins Blut aufgenom- aufnahme und Energiebilanz beteiligt zu ated by two different transport systems, men. Zucker sind in Wasser und im Blut sein scheint, sind zwei Mitglieder der the active transport via sodium-dependent glucose transporters (SGLT) and the facilitative transport via glucose transporter (GLUT) proteins. The family of GLUT-proteins consists of 14 members which differ in their tissue distribution and also in their substrate specificity. Since monitoring of glucose levels by a neuronal sensing mechanism appears to be involved in the regulation of food intake and energy balance, we currently focus on two members of the GLUT family, GLUT3 and GLUT8. In order to analyze their function in glucose-sensitive neurons, we deleted their genes and characterized the phenotype of the knockout mice. GLUT3, a high-affinity glucose transporter, is expressed in brain, testis and the developing embryo. Deletion of the GLUT3 encoding gene resulted in embryonic lethality. Blastocysts developed normally, were implanted into the uterus, but died at embryonic day 6.5 (Fig. ᭿1 ). Heterozygous mice showed a 50 % reduction of GLUT3 without alterations in body weight, glucose and insulin levels. In addition, food intake as monitored after intracerebroventricular administration of glucose or deoxyglu-

᭿1 (A) Deletion of the glucose transporter GLUT3 results in embryonic lethality due to apoptosis of cells in the embryonic ectoderm (ee). Histological examination of 6.5-day-old embryos revealed GLUT3 in the visceral ectoderm (ve) and extraembryonal ectoderm (eee). The latter is the site of caspase-3 positive (apoptotic) cells in Glut3 embryos. (B) Heterozygous Glut3+/– mice ᭿1 (A) Die Deletion des Glucosetransporters GLUT3 resultiert in einer embryonalen Letalität did not differ from wild-type littermates aufgrund von Apoptosen im embryonalen Ektoderm. Histologische Untersuchungen 6,5 Tage with regard to body weight [g] and blood alter Embryonen zeigen GLUT3 im extraembryonalen Ektoderm (eee) und viszeralen Ektoderm glucose concentrations. Horizontal axis, (ve). Glut3–/–-Embryonen weisen im embryonalen Ektoderm (ee) Caspase-3 positive, also age in weeks (C) A 50 % reduction in GLUT3 apoptotische Zellen auf. (B) Heterozygote Glut3+/–-Mäuse unterscheiden sich nicht in ihrem expression (Glut3+/–) did not alter feeding Körpergewicht oder ihren Blutglucosekonzentrationen von ihren Wildtypgeschwistern. (C) Eine behavior (food intake, [g]) after intra cerebro- 50%ige Reduzierung der GLUT3-Expression (Glut3+/–) beeinträchtigt auch nach intrazerebro- ventricular injection of deoxyglucose (DOG) ventrikulärer Injektion von Desoxyglucose (DOG) oder Glucose nicht die Nahrungsaufnahme. or glucose. (epc, epiplacental cone; (epc, epiplazentarer Konus; HE, Hämatoxylin/Eosin) HE, hemotoxylin/eosin). 24

᭿2 Loading samples for a genomic DNA analysis onto an acrylamide gel.

cose was not affected in Glut3+/– mice (Fig. ᭿1 ). Electroencephalographic re- cordings provided evidence for an enhanced cerebrocortical activity, but systemic behavior, activity, learning, and memory was unaltered. Therefore, a 50 % expression of GLUT3 appeared sufficient to maintain the neuronal glucose supply. GLUT8 transports glucose with high affinity and is expressed in spermatides and spermatozoa as well as in different regions of the brain (hippocampus, cortex, hypothalamus). The GLUT8 knockout mouse appears healthy, shows normal growth, and does not differ in body weight or blood glucose levels from its wild-type littermates. Behavioral tests revealed an increased locomotor activ- ᭿2 Beladung eines Acrylamidgels zur Analyse genomischer DNS. ity of Glut8–/– mice. This hyperactivity was confirmed by monitoring locomotor activity in the home cage and vol- GLUT-Familie, GLUT3 und GLUT8 Be- gewicht oder den Blutglucosekon zentra- untary activity in a running wheel. In standteil unserer Forschungsarbeiten. tionen von ihren Wildtypgeschwistern. addition, mice showed a trend towards Um ihre Funktion in Glucose-sensitiven Dagegen lieferten Verhaltenstests Hin- increased anxiety, which might be a Neuronen zu prüfen, schalteten wir ihre weise auf eine gesteigerte körperliche consequence of dysfunctions in neu- Gene in der Maus aus und untersuchten Aktivität der knockout-Tiere, ein Befund, ronal glucose metabolism. Analysis of die Phänotypen der knockout-Mäuse. der sowohl bei der Aktivitätsbestimmung the offspring distribution of heterozy- GLUT3 ist ein hochaffiner Glucose- im Käfig als auch im Laufrad bestätigt gous matings indicated a lower number transporter, der im Gehirn, Hoden und wurde. Auch ein tendenziell gesteigertes of Glut8 knockout progeny as a result während der Embryonalentwicklung ex- Angstverhalten in Abwesenheit von of reduced ATP levels, mitochondrial primiert wird. Seine Deletion führt zu GLUT8 konnten wir beobachten. Dies ist membrane potential, and motility of embryonaler Letalität. Die Blastozysten vermutlich durch Dysfunktionen im neu- Glut8 knockout spermatozoa. werden zwar in den Uterus implantiert, ronalen Glucosemetabolismus zu erklä- The aim of our further studies is to sterben aber ab dem embryonalen Tag 6,5 ren. Die Verpaarung heterozygoter Mäuse delete glucose transporters specifically ab (Abb. ᭿1 ). Heterozygote Tiere weisen eine brachte etwas weniger knockout-Tiere in glucose-sensitive neurons and to etwa 50%ige Reduktion von GLUT3 auf, hervor als erwartet, was wir auf niedrigere analyze their role in the central regula- unterscheiden sich jedoch nicht in ihrem ATP-Spiegel, ein reduziertes mitochon- tion of food intake and energy balance. Körpergewicht oder den Glucose- und In- driales Membranpotential und eine sulinspiegeln von Kontrolltieren (Abb. ᭿1 ). geringere Motilität der Spermien zurück- Auch die intrazerebroventrikuläre Injek- führen konnten. tion von Glucose oder Desoxyglucose Ziel weiterer Arbeiten ist es, durch das hatte kein anderes Fressverhalten der spezifische Ausschalten der Glucose- Tiere zur Folge (Abb. ᭿1 ). EEG-Mes sungen transporter in Glucose-sensitiven Neuro- zeigten zwar eine leichte aber signifi- nen ihre Rolle in der zentralen Regulation kante Erhöhung der zerebrokortikalen der Nahrungsaufnahme und der Energie- Aktivität, das Verhalten, die Lernfähigkeit bilanz zu analysieren. oder die Aktivität waren jedoch unverän- dert. Damit scheint eine 50%ige Expres- sion von GLUT3 für die Aufrechterhaltung Technische Mitarbeiterinnen der neuronalen Glucoseversorgung aus- Brigitte Rischke zureichen. Andrea Teichmann GLUT8 transportiert Glucose mit hoher Affinität und wird in Spermatiden und Spermatozoen, aber auch in verschiedenen Bereichen des Gehirns (Hippo cam pus, Cortex, Hypothalamus) exprimiert. Die GLUT8-knockout-Mäuse erschienen gesund, zeigten normales Wachstum und unterschieden sich nicht in ihrem Körper- 25

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/Original Papers Zahn, C., Jaschke, A., Weiske, J., Hommel, Hormonal regulation of energy meta- Gawlik, V., Schmidt, S., Scheepers, A., A., Hesse, D., Augustin, R., Lu, L., Hong, W., bolism, body weight and growth Wennemuth, G., Augustin, R., Aumüller, G., Florian, S., Scheepers, A., Joost, H.-G., (Graduiertenkolleg GRK1208/1) Moser, M., Al-Hasani, H., Kluge, R., Joost, Huber, O., Schürmann, A.: ADP-ribosylation Finanzierung: DFG H.-G., Schürmann, A.: Targeted disruption factor-like GTPase ARFRP1 is required for Laufzeit: 01.10.2005 – 30.04.2010 of Slc2a8 (GLUT8) reduces motility and trans-Golgi to plasma membrane traffick- mitochondrial potential of spermatozoa. ing of E-cadherin. J. Biol. Chem. 283, GTPase ARF-related protein 1 (ARFRP1) Mol. Membr. Biol. 25, 224–235 (2008). 27179–27188 (2008). in der Regulation von Adhäsionsvor- gängen während der Differenzierung Schmidt, S., Gawlik, V., Hölter, S.M., und Organogenese Augustin, R., Scheepers, A., Behrens, M., Übersichtsarbeiten/Reviews Finanzierung: DFG Wurst, W., Gailus-Durner, V., Fuchs, H., de Schmidt, S., Joost, H.-G., Schürmann, A.: Laufzeit: 01.04.2005 – 30.06.2008 Angelis M.H., Kluge, R., Joost, H.-G., GLUT8, the enigmatic intracellular hexose Schürmann, A.: Deletion of glucose trans- transporter. Am. J. Physiol. Endocrinol. PREPOBEDIA: Novel PREP1-dependent porter GLUT8 in mice increases locomotor Metab. (Epub ahead of print) (2009). transcriptional networks in the control activity. Behav. Genet. 38, 396–406 of insulin sensitivity (2008). Schürmann, A.: Insight into the “odd” Finanzierung: EU hexose transporters GLUT3, GLUT5, and Laufzeit: 01.01.2008 – 31.12.2011 Schmidt, S., Hommel, A., Gawlik, V., GLUT7. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. Augustin, R., Junicke, N., Florian, S., 295, E225–226 (2008). SysProt: System-wide analysis and mo- Richter, M., Walther, D., Montag, D., Joost, del ing of protein modification H.G., Schürmann, A.: Essential role of glu- Finanzierung: EU cose transporter GLUT3 for post-implan- Buchbeiträge/Book Articles Laufzeit: 01.01.2007 – 31.12.2009 tation embryonic development. J. Endo- Schürmann, A.: Glucose transporters: crinol. 200, 23–33 (2009). Their abnormalities and significance in type 2 diabetes and cancer. In: Masur, K., Schmidt, S., Richter, M., Montag, D., Thévenod, F., Zänker, K.S. (eds.) Diabetes Sartorius, T., Gawlik, V., Hennige, A.M., and Cancer. Epidemiological evidence Scherneck, S., Himmelbauer, H., Lutz, S.Z., and molecular links. (Front. Diabetes; 19), Augustin, R., Kluge, R., Ruth, P., Joost, H.-G., Basel, Karger, 71–83 (2008). Schürmann, A.: Neuronal functions, feeding behavior and energy balance in Slc2a3+/- mice. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 295, E1084–E1094 (2008). Abteilung Klinische Ernährung 26 Leitung: Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer

Department of Clinical Nutrition Head: Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer

Summary An unfavorable diet, over- Zusammenfassung Die Nahrungsauf nah - • Ernährungsstrategien – In diesem Zu- weight, and the aging process can me selbst, aber auch bereits sich vorzu- sammenhanguntersuchen wir, ob ein cause changes in diet-dependent regu- stellen, zu essen, lösen schnelle Hormon- hoher Proteinkonsum, ein erhöhter Ver- latory mechanisms as well as hor- und Stoffwechselantworten im Ver dau- zehr von Lebensmitteln mit niedrigem monal and cytokine responses, causing ungstrakt und im Gehirn aus. Dabei glykämischem Index und eine hohe a sharp rise in blood glucose and lipid verändern eine ungünstige Ernährung, Aufnahme von Ballaststoffen dabei hel- levels. This in turn affects metabolic and Übergewicht und Alterungsprozesse die fen können, das Körpergewicht zu stabi- vascular functions, paving the way for nah rungsabhängigen Regulations me cha - lisieren. Ebenso gehen wir der Frage several diseases. nismen sowie Hormon- und Zytokin ant- nach, wie einzelne Nahrungsmittel auf Our goal is to investigate the interrela- worten, wodurch sich Zucker- und Fett- den Stoffwechsel wirken. tions between diet, the metabolic syn- werte im Blut stark erhöhen. Dies • Hormone und Stoffwechsel – In diesen drome, the aging process, and type 2 wiede rum beeinträchtigt die Stoff wech- Studien untersuchen wir die Bedeutung diabetes. Furthermore, we have devel- sel- und Gefäßfunktionen und ist der Weg - von verschiedenen Hormonen für die oped and tested preventive strategies bereiter für Leber-, Nerven- und Nieren- Insulinsensitivität und Entzündungs - against nutrition-associated diseases. In schäden sowie Herzinfarkt und Schlaganfall. vorgänge im Körper. addition, we are studying how certain Unser Ziel ist es, die Zusammenhänge • Nutrigenomik – Im Rahmen dieser Stu - foods affect human metabolism, taking zwischen Ernährung, Metabolischem dien suchen wir nach Genvarianten, die individual characteristics and genetic Syndrom, Alterungsprozessen und Typ-2- individuelle Unterschiede in den Abläu - background into consideration. Based Diabetes zu erforschen. Aufbauend auf fen von Stoffwechselprozessen anzeigen. on our MESY BEPO-Study (MEtabolic unseren Erkenntnissen, ent wickeln und SYndrome BErlin POtsdam) with more testen wir Strategien, die ernäh rungs - than 2,600 participants, intervention bedingten Krankheiten vorbeugen sollen. Ernährungsstrategien studies have focused for 5 years on the Zudem untersuchen wir, wie bestimmte Thomas Bobbert, Özlem Gögebakan, Daniela following themes: Nahrungsmittel den menschlichen Stoff- Hoffmann, Silke Hornemann, Angela Kohl, • Nutritional strategies, i.e., which spe- wechsel beeinflussen, wobei wir auch Friederike Müller, Martin Osterhoff, cific diet can help stabilize body individuelle Eigenschaften und Informa- Olga Pivovarova, Natalia Rudovich, Stephanie weight, and how certain foods affect tionen über die Erbanlagen berücksichti- Sucher, Martin Weickert metabolism. gen. Basierend auf unserer MESY BEPO- • Hormones and metabolism, i.e., the Studie (MEtabolisches SYndrom BErlin Diogenes-Studie: role of different hormones in insulin POtsdam), an der über 2.600 Personen aus Am DIfE untersuchten wir 104 der 700 sensitivity and inflammatory pro- dem Berliner und Pots damer Raum teil- europaweit rekrutierten Teilnehmer der cesses in the body. nehmen, führen wir Interventionsstudien Diogenes-(Diet Obesity and Genes)-Studie. • Nutrigenomics and nutrigenetics, i.e., durch, die sich seit 5 Jahren mit folgenden Zu Beginn der Studie mussten die Teil- the search for gene variants and Themen befassen: nehmer innerhalb von acht Wochen 11 bis expression patterns as indicators of individual differences in metabolic processes.

Nutritional strategies Diogenes Study: At DIfE we examined 104 of the 700 subjects recruited European-wide for the Diogenes-(Diet, Obesity and Genes) Study. After an 8-week period in which participants had to lose 11-13 kg body weight on a low-calorie diet, an intervention period followed under one of these randomly assigned diets: • high-protein diet with a low glycemic index,

᭿1 Improved insulin sensitivity after weight reduction. (A) Weight reduction is linked to reduced waist size in both men and women (right column: men/women and waist/weight reduction, resp.). Serum glucose (B) and insulin (C) values of one ᭿1 Verbesserung der Insulinsensitivität nach Gewichtsreduktion proband before (-᭹-)/after (-᭺-) waist (A) Eine Gewichtsreduktion ist sowohl bei Männern als auch bei Frauen mit einer Reduktion reduction (0 min: same glucose intake). des Taillenumfangs verbunden. Blutzucker (Glukose)- (B) und Insulinwerte (C) eines Studienteil - Reduction had no effect on the serum nehmers vor und nach einer Reduktion des Taillenumfangs. Während sich der Verlauf der Blut - glucose course (B), but after weight zuckerkurve nicht ändert, zeigt ein Vergleich der Insulinspiegelkurven, dass nach der Gewichts - reduction, less insulin was required (C) to reduktion weniger Insulin ausgeschüttet wurde, um die gleiche Menge Zucker in die Zellen allow the same glucose uptake by cells aufzunehmen. Die Insulinsensitivität der Körperzellen hat sich damit verbessert. 27

᭿2 MRT at Ernst von Bergmann Hospital in Potsdam to determine visceral fat. MRT scans (B–C/D–E) of 2 probands with similar waist size but differing amount of visceral fat, which produces mediators promoting cardiovascular disease and diabetes, unlike subcutaneous fat.

• high-protein diet with a high glyc emic index, • medium-protein diet with a low glycemic index, • medium-protein diet with a high glycemic index, • control diet based on recommendations for a healthy diet. The question was which dietary factors play a role in sustaining weight loss: glycemic index, protein content, or both. The role of genetic factors and other parameters, including various hormone levels, were also investigated. Study results are still under evaluation but preliminary data from subgroups show that participants on the high-protein diet regained less weight than those on a medium-protein diet.

Protein, fiber, metabolic syndrome (ProFiMet) Study: In this study with 100 probands, we ᭿ 2 Im Rahmen der ProFiMet-Studie werden Studienteilnehmer in Zusammenarbeit mit dem analyzed the effects of a protein- Ernst von Bergmann Klinikum in Potsdam auch mit Hilfe von Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) untersucht, um die Körperfettverteilung zu bestimmen. Aus den MRT-Bildern (B–E) geht and/or fiber-rich diet on fat content of hervor, dass Menschen trotz eines in etwa gleich großen Taillenumfangs unterschiedliche the liver, gene expression in adipose tis- Mengen an viszeralem Fettgewebe (Fettgewebe um die Eingeweide) besitzen können. Im sue, insulin resistance, and regulatory Gegensatz zum subkutanen (unter der Haut liegendem) Fettgewebe produziert das viszerale pathways in adipose and muscle tissue Fettgewebe Botenstoffe, die Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder das Entstehen eines Typ-2- (Fig. ᭿2 ). Diabetes begünstigen können. (A) Position der Querschnitte (MRT-Bilder) in der Körperachse; (B/C) Mensch mit viel viszeralem Fettgewebe im Vergleich zu einem Mensch (D/E) mit wenig Acarbose Study: viszeralem aber viel subkutanem Fettgewebe. Earlier studies show that acarbose lowers the incidence of high blood pressure 13 kg Gewicht mit einer Niedrig-Kalo- wir in der Studie auch den Einfluss der and heart attack. In order to identify the riendiät abnehmen. Im folgenden Inter- Gene und zahlreicher anderer Parameter hormonal regulatory mechanisms re- ventionsteil der Studie mussten sie dann einschließlich verschiedener Hormon- sponsible for this, we analyzed the eine von fünf vorgegebenen Diäten ein- spiegel. Die Studie befindet sich noch in hormone levels of participants, e.g., halten, die per Zufallsprinzip ausgewählt der Auswertung. Vorläufige Daten der adiponectin and interleukin-6 levels wurden. Zur Auswahl standen: „Supermarkt“-Zentren in Holland und (Fig. ᭿3 ), and were able to identify an • eine Kost mit erhöhtem Eiweißanteil und Dänemark zeigten, dass die Probanden, endocrine axis linking intestine and niedrigem glykämischem Index, die sich proteinreicher ernährten, weniger heart. At present we are researching the • eine Kost mit erhöhtem Eiweißanteil und an Gewicht zunahmen als die Studien- relation between this axis and diet, and hohem glykämischem Index, teilnehmer, die eine Diät mit normalem whether foods with a low glycemic • eine Kost mit normalem Eiweißanteil Eiweißanteil erhielten. index are as beneficial as acarbose. und niedrigem glykämischem Index, • eine Kost mit normalem Eiweißanteil Protein, fibre, metabolic syndrome- Beta-D-glucan Study: und hohem glykämischem Index. (ProFiMet)-Studie: Yeast cells and some plants produce Bei der fünften Diät handelte es sich um In dieser prospektiven, randomisierten, (1,3)(1,6)-beta-D-glucan, which as a eine „Kontroll-Diät“, die sich an den be ste- einfachblinden Studie untersuchen wir supplement possibly inhibits a non- henden Ernährungsempfehlungen orien- den Einfluss einer protein- und/oder specific inflammation linked to obesity. tierte. faserreichen Nahrung auf den Leberfett - In human subjects with a daily dose of Die Frage war, welche Rolle der glykä- gehalt, auf die Genexpression im Fett- 3 x 0.5 g, we observed a distinct mische Index, der Proteingehalt oder gewebe, auf die Insulinresistenz und auf increase in levels of blood interleukin- beide Faktoren dabei spielen, das verrin- die Signalwege im Fettgewebe und in der 10 and the corresponding mRNA in adi- gerte Körpergewicht nach einer Reduk - Muskulatur (Abb. ᭿2 ). An der Studie neh- pose tissue. Interleukin suppresses the tionsdiät zu halten. Zudem untersuchten men 100 Probanden teil. immune response of the “primitive” 28

immune system and reduces cytokine Acarbose-Studie: webe. Interleukin-10 bremst die Immun - production in macrophages. Acarbose senkt den glykämischen Index antwort des „primitiven“ Immunsystems von aufgenommener Nahrung, indem es und reduziert die Produktion entzündli- ein Darmenzym hemmt, das Stärke und cher Zytokine aus Makrophagen. Hormones and metabolism Mehrfachzucker in Glukose spaltet. Auf Human studies with GIP: diese Weise können Typ-2-Diabetiker In response to dietary glucose and fat, durch die Einnahme von Acarbose ihren Hormone und Stoffwechsel the glucose-dependent, insulinotropic postprandialen Blutzuckeranstieg und Christiane Bumke-Vogt, Özlem Gögebakan, peptide (GIP) is released early into the die damit verbundene Insulinfreisetzung Frank Isken, Matthias Möhlig, Natalia upper small intestine. This hormone vermindern. Wie frühere Studien belegen, Rudovich, Joachim Spranger, Martin Weickert stimulates insulin secretion from beta reduziert Acarbose auch das Auftreten von cells and has an unknown effect on adi- Bluthochdruck und Herzinfarkten. Um zu GIP-Humanstudien: pose tissue. We observed the close untersuchen, welche hormonellen Re - Der Verzehr zucker- und fetthaltiger Nah- association of GIP receptor (GIPR) levels gulationsmechanismen hierfür eine Rolle rung führt bereits sehr früh zu einer in human adipose tissue with blood spielen, analysierten wir die Hormon- Ausschüttung des Glukoseabhängigen insulin and lipid levels and waist cir- spiegel der Studienteilnehmer, zum Insulinotropen Peptids (GIP) im oberen cumference. So we examined gene reg- Beispiel die Adiponectin- und Interleukin- Dünndarm. Das Hormon steigert einer- ulation in adipose tissues of probands 6-Spiegel (Abb. ᭿3 ). Tatsächlich konnten wir seits die Insulinfreisetzung aus Beta-Zel- who had received a GIP infusion at the einen unerwarteten Hormonmechanis- len, andererseits wirkt es auch auf das beginning of the study. We carried out mus identifizieren, eine so genannte Fettgewebe, wo seine Rolle unbekannt ist. genetic analyses with gene arrays and „Darm–Herz–Achse“. Derzeit untersu- Wir beobachteten, dass die GIP-Rezeptor- found genes that are regulated by GIP. chen wir, welcher Zusammenhang zwi- (GIPR)-Spiegel im menschlichen Fett- Surprisingly, both the mRNA concen- schen dieser Achse und der Ernährungs- gewebe in einem engen Zusammenhang tration and the serum concentration of weise besteht und ob Lebensmittel, die mit dem Insulinspiegel, den Blutfett- the chemokine monocyte chemoat- einen niedrigen glykämischen Index werten und dem Bauchumfang stehen. tractant protein-1 (MCP-1) increase. haben, ebenso günstig wirken wie Acar- Wir untersuchten deshalb die Genregula- MCP-1 is an important hormone that bose. tion im Fettgewebe von Studienteil neh- mediates the migration of inflamma- mern, die zu Untersuchungsbeginn eine tory cells into adipose tissues. Up to Beta-D-Glucan-Studie: GIP-Infusion erhielten. Für die genetische now, it was only known that extremely Hefezellen und manche Pflanzen erzeu- Untersuchung verwendeten wir Gen- overweight individuals have high gen (1,3)(1,6)-Beta-D-Glucan, das als Nah- Arrays. So fanden wir Gene, die durch serum MCP-1 levels. It is new, however, rungsergänzungsmittel eine mit einer GIP reguliert werden. Erstaun licherweise that inflammation of adipose tissue Adipositas einhergehende, unspezifische stiegen sowohl die mRNA-Konzentration also can be directly influenced by nutri- Entzündung hemmen könnte. In einer als auch der Blutspiegel des Chemokins ent uptake via intestinal hormones. prospektiven, placebokontrollierten, ran- monocyte chemoattractant protein-1 domisierten Humanstudie beobachteten (MCP-1) an. MCP-1 ist ein wichtiges Animal studies with GIPR-knockout wir nach einer täglichen Gabe von 3 x 0,5 Hormon, das Entzündungszellen ins (GIPR–/–) mice: Gramm (1,3)(1,6)-Beta-D-Glucan einen Fettgewebe lockt. Bislang war lediglich Female mice are prone to overweight deutlichen Anstieg von Interleukin-10 im bekannt, dass besonders Übergewichtige after ovary removal, similar to women Blut wie auch seiner mRNA im Fettge - über hohe MCP-1-Spiegel verfügen. Neu in the menopause. However, GIPR–/– mice do not develop overweight following ovary removal because they eat less. We therefore analyzed the hormones in mouse hypothalamus and found lower mRNA levels of neuropep- tide Y (NPY). NPY is one of the strongest appetite stimulants in the brain. Our results could be of interest for the problem of postmenopausal weight gain, since it points to the intake of foods causing a dimished release of GIP, thus counteracting weight gain.

CCK Study: Cholecystokinine (CCK) is a gut hormone that increases after nutrient uptake. It has an influence on gastric emptying, glucose metabolism, and satiety. We investigated whether

᭿3 Preparing a study participant for metabolic tests. ᭿3 Ein Studienteilnehmer wird für eine Stoffwechseluntersuchung vorbereitet. 29

ist, dass auch die Nahrungsaufnahme Ausschüttung sowie die Freisetzung der insulin and fat would regulate this hor- direkt die Fettgewebsentzündung durch IGF-Bindeproteine 1, 2 und 4, wodurch sie mone. Insulin caused a 5-fold increase Darmhormone beeinflussen kann. das verfügbare bioaktive IGF-1 steuern. in the CCK level, an effect that was Insbesondere das IGF-Bindeprotein-2, das inhibited by a fat infusion. Our analysis GIP-Tierstudien an GIPR-Knockout- genetisch mit dem Diabetesrisiko ver- showed that fatty acids regulate CCK (GIPR-/-)-Mäusen: bunden ist, spielt hierbei eine bisher and the increase caused by insulin was Mäuse-Weibchen neigen nach einer Eier- unbekannte Rolle. due to a lowering of the fatty acid level stocksentfernung, ähnlich wie Frauen in in the blood. der Menopause, zu Übergewicht. Da- gegen entwickelten GIPR–/–-Mäuse nach Nutrigenomik GH–IGF–insulin axis: einer Eierstockentfernung in unseren Doreen Kuhlow, Christian von Loeffelholz, The growth hormone (GH) regulates Untersuchungen kein Übergewicht, da Matthias Möhlig, Martin Osterhoff, body growth directly, increase in mus- sie weniger fraßen. Wir untersuchten Michael Ristow, Rita Schüler, Joachim Spranger, cle mass, and fat metabolism. In addi- deshalb die appetitregulierenden Hor- Martin Weickert tion, it has an indirect influence on glu- mone im Hypothalamus der Mäuse und cose, fat, and protein metabolism via fanden niedrigere mRNA-Konzentratio - Die Nutrigenomik ist eine relativ neue the insulin-like growth factor (IGF-1) nen des Neuropeptids Y (NPY) als bei den Wissenschaft, die die Zusammenhänge and the release of insulin. GH causes an Kontrolltieren. NPY ist einer der stärksten zwischen der Ernährung, den Genen und enhanced release of IGF-1, leading in appetitanregenden Stimuli im Gehirn. dem Entstehen von Krankheiten unter- turn to a higher insulin sensitivity. GH Unser Ergebnis könnte für das Problem sucht. Um zur Aufklärung dieser Zusam- is also an antagonist of insulin. We der postmenopausalen Gewichtszunahme menhänge beizutragen, überprüften wir researched the regulation of this system interessant sein, denn es weist darauf hin, einzelne Genvarianten, von denen wir in probands by giving infusions of dass der Verzehr von Nahrungsmitteln, die annahmen, dass sie den Stoffwechsel insulin and glucose or glucose orally. zu einer geringeren GIP-Freisetzung füh- verändern können: Insulin and glucose regulate acutely, ren, einer Gewichtszunahme entgegen- within 120 minutes, the release of GH wirken könnte. L-FABP-Studie: and the IGF binding proteins 1, 2, and 4 Der Fett- und der Zuckerstoffwechsel sind by regulating the amount of available CCK-Studie: eng miteinander verbunden. Ein Anstieg bioactive IGF-1. Especially the role of the Cholezystokinin (CCK) ist ein Darmhor- der Blutfette steigert beispielsweise die IGF-binding protein 2 is not yet known mon, das nach der Nahrungsaufnahme Zuckerproduktion der Leber, was sich wie- in this connection. ansteigt und die Magenentleerung, den derum ungünstig auf das Körpergewicht Zuckerstoffwechsel und die Sättigung und das Diabetesrisiko auswirken kann. Nutrigenomics beeinflusst. Wir untersuchten, ob Insulin Das Fettsäurebindungsprotein der Leber und Fette dieses Hormon steuern können. (L-FABP) ist dabei ein Schlüsselfaktor des L-FABP Study: Insulin löste einen 5-fachen CCK-Anstieg Fettstoffwechsels in der Leber. Seit länge- A rise in blood lipid levels boosts glucose aus, der durch eine Fettinfusion ge- rem ist bekannt, dass verschiedene production in the liver, which in turn is hemmt wurde. Die genaue Analyse Varianten des menschlichen L-FABP-Gens unfavorable for body weight and dia- zeigte, dass Fettsäuren das CCK steuern existieren. Zudem lassen Tierstudien ver- betes risk. The liver fatty-acid-binding und der insulinbedingte Anstieg durch ein muten, dass genetische Veränderungen zu protein (L-FABP) is a key factor in liver fat Absinken der Fettsäurekonzentration im Funktionsstörungen des L-FABP führen metabolism. It has been known for a Blut hervorgerufen wird. können, die sich auf den Zuckerstoff- long time that there are different vari- wechsel auswirken. ants of the human L-FABP gene. Animal Untersuchung zur GH-IGF-Insulin-Achse: Wir analysierten daher zunächst das studies have indicated that a genetic Das Wachstumshormon (GH) steuert Erbgut einer Probandengruppe von 1.491 change can lead to an impaired function direkt das Körperwachstum, die Zu- Personen im Hinblick auf genetische of L-FABP, thus having an effect on nahme der Muskelmasse und den Fett- Unterschiede, wobei sich die Gruppe aus glucose metabolism. stoffwechsel. Zudem wirkt es indirekt Teilnehmern der MESY-BEPO-Studie zu- First we analyzed the genetic über den Insulin-like Growth Factor (IGF-1) sammensetzte. Innerhalb der Proban- makeup within a group of 1,491 sowie über die Insulinausschüttung auf den gruppe waren nur zwei der bekannten probands (MESY-BEPO participants). den Zucker-, Fett- und Proteinstoffwech - Genvarianten nachzuweisen. Die erste Only two of the known gene variants sel. Das GH führt zu einer gesteigerten Variante des L-FABP-Gens kodiert für ein could be found. The first variant codes IGF-1-Freisetzung, die wiederum eine Protein, das an Position 94 den Eiweiß- for a protein with the amino acid thre- gesteigerte Insulinsensitivität bewirkt. baustein Threonin besitzt. Die zweite onine in position 94; in the second vari- Gleichzeitig ist das GH ein Gegenspieler Proteinvariante enthält an dieser Stelle ant, alanine is in that position. des Insulins, das die Zuckerproduktion in den Eiweißbaustein Alanin. Tatsächlich Homozygous probands for the alanine der Leber und die Fettfreisetzung steigert. hatten Probanden, die homozygot für die variant had a significantly lower BMI. In unserer Studie haben wir die Regula tion Alanin-Genvariante waren, einen signifi- To test the effect of this amino acid dieses Systems durch Infusion von Insulin kant niedrigeren Body Mass Index (BMI; exchange on human metabolism, und Zucker sowie durch orale Gabe von Unterschied etwa 1 BMI Einheit). Um die selected individuals were given a fat Glukose bei Menschen mit normaler oder Auswirkungen des Aminosäureaustau - infusion, then glucose production in gesteigerter Insulinresistenz untersucht. sches auf den menschlichen Stoffwechsel their livers was determined. Homo- Insulin und Zucker regulieren akut, über zu untersuchen, infundierten wir zudem zygous carriers of the alanine variant einen Zeitraum von 120 min, die GH- ausgewählten Teilnehmern Fette und released much less glucose from the 30

᭿4 Associated changes in plasma glucose so genannten „-546“-Promotorregion- concentrations at baseline (–150 to variante der PKC␤ weniger sensitiv auf –10 min) and during lipid/heparin infusion Insulin reagieren, so dass sie mehr Insulin under somatostatin-insulin-glucagon clamp conditions (0 to +320 min). Values für den Zuckerstoffwechsel benötigen. are means SE for 9 age-, sex-, and BMI- matched alanine (᭹) carriers and threonine Frataxin-Studie: subjects (᭺) in each group. ***p = 0.0001. Frataxin ist ein Protein, das in der inneren Membran von Mitochondrien lokalisiert ist. Mitochondrien sind Zellorganelle, liver and blood glucose levels in this welche die Zellen und damit den Körper group did not increase as much as in car- mit unmittelbar verfügbarer Energie ver- riers of the threonine variant (Fig. ᭿4 ). sorgen. Seit längerem ist bekannt, dass Therefore, carriers of the alanine variant eine gestörte Frataxinbildung sich nega- on a fat-rich diet could have an advan- tiv auf den mitochondrialen Energie stoff- tage in relation to risk of diabetes. wechsel auswirkt. Ebenso gibt es Hinweise ᭿ darauf, dass ein Frataxinmangel in den ␤ 4 Bei homozygoten Trägern der Alanin- PKC Study: Variante (᭹) stieg nach der Fettinfusion der Zellen der Bauchspeicheldrüse offenbar in ␤ The protein kinase C beta (PKC ) Blutzucker spiegel nicht so stark an wie bei einem Zusammenhang mit der Ent- inhibits the insulin production in den Trägern der Threonin-Variante (᭺). Die stehung des Typ-2-Diabetes steht. the beta cells of the pancreas and Basiswerte der Blutzuckerspiegel wurden im Um die Stoffwechselfunktion dieses enhances the effect of insulin in skele- Zeitraum von –150 bis –10 min gemessen. Proteins genauer zu untersuchen und um tal muscles. We therefore looked for Die Gruppen umfassten jeweils 9 Personen, ein Modellsystem für eine mitochon- die sich in Alter, Geschlecht und BMI ent - driale Unterfunktion zu erzeugen, schal- variants of this gene that affect human sprachen. ***p = 0,0001 insulin metabolism. Two mutations teten wir in einer Labormaus gezielt das were discovered in the regulatory Gen für Frataxin ab. region (promoter) of the PKC␤ gene, bestimmten anschließend die Zucker- Erhielten diese Frataxin-Knockout- which in cell cultures led to distinct produktion in ihrer Leber. Homozygote Mäuse eine energiearme, ausgewogene differences in mRNA synthesis. Both Träger der Alanin-Variante setzten nach Kost, konnten wir keine Stoffwechsel- variants also had an influence on PKC␤ der Fettinfusion viel weniger Zucker in störungen feststellen. Bekamen die Tiere expression in human blood cells. A ihrer Leber frei. Zudem stieg der Blut - jedoch sehr energiereiches Futter, ent- detailed analysis of the MESY-BEPO zuckerspiegel bei dieser Gruppe nicht so sprechend einer so genannten „Wes- cohort revealed that individuals with stark an wie bei den Trägern der Threonin- tern“-Diät mit viel Zucker und Fett, löste the so-called “-546-” promoter region Variante (Abb. ᭿4 ). Damit könnten die diese Ernährungsform Fettstoffwechsel- variant are less sensitive to insulin, so Träger der Alanin-Variante bei einer fett- störungen, erhöhte Cholesterinspiegel, they require more insulin for metabo- reichen Ernährung im Hinblick auf das Übergewicht sowie eine gestörte Insulin- lism of glucose. Diabetesrisiko im Vorteil sein. sekretion aus. Dies zeigt, dass eine geringgradig verminderte Aktivität des Frataxin Study: PKC␤-Studie: mitochondrialen Stoffwechsels eine Prä- A deficiency of the mitochondrial pro- Die Proteinkinase C-beta (PKC␤) ist Teil der disposition für Übergewicht, Diabetes tein frataxin in pancreatic cells is most Signalverarbeitungsketten in Zellen und mellitus und Fettstoffwechselstörungen likely linked to the development of dia- wird durch Zuckeranstiege aktiviert. Seit darstellt, welche durch eine gesunde betes. In order to investigate the meta- längerer Zeit ist bekannt, dass dieses Ernährung ausgeglichen werden kann. bolic function of this protein in detail Enzym die Insulinproduktion in den Beta- and to develop a model for this mito- Zellen der Bauchspeicheldrüse hemmt chondrial subfunction, we worked with und die Insulinwirkung in der Skelett- Technische Mitarbeiter/innen mice in which this gene has been muskulatur fördert. Wir suchten daher Brigitte Böhm turned off. When these knockout mice nach Varianten des PKC␤-Gens, die sich Melanie Hannemann had a low-energy, balanced diet, there auf den menschlichen Insulinstoffwech sel Anja Henkel was no visible metabolic disorder. On a auswirken. Wir fanden zwei Mutationen in Daniela Hoffmann very high-energy diet the mice had an der Steuerregion (Promotorregion) des Birgit Horchler aberrant fat metabolism, a high serum PKC␤-Gens, die im Zellkulturexperiment Nadine Huckauf cholesterin level, overweight, and a zu großen Unterschieden in der mRNA- Silvia Pester deficient insulin secretion. This shows Synthese führten. Beide Varianten beein- Susann Richter that when the metabolic activity of flussten auch die PKC␤-Expression in Kristin Simon mitochondria is slightly lowered, a pre- menschlichen Blutzellen und sind dem- Katrin Sprengel disposition for overweight, diabetes nach auch bei Menschen wirksam. Die Katja Treu mellitus, and a disturbed fat metabo- genaue Analyse in der MESY-BEPO- Andreas Wagner lism is the result. This can however be Kohorte zeigte, dass Menschen mit der Andrea Ziegenhorn counteracted by a healthy diet. 31

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/Original Papers Pivovarova, O., Nikiforova, V.J., Pfeiffer, Nahrungsabhängige Modulation der Arafat, A.M., Möhlig, M., Weickert, M.O., A.F.H., Rudovich, N.: The influence of Genexpression des Fettgewebes durch Perschel, F.H., Purschwitz, J., Spranger, J., genetic variations in HHEX gene on insu- Gastric Inhibitory Polypeptide (GIP) und Strasburger, C.J., Schöfl, C., Pfeiffer, A.F.H.: lin metabolism in the German MESYBEPO Adipositasrisiko: Nutrigenomik des GIP Growth hormone response during oral cohort. Diabetes Metab. Res. Rev., Finanzierung: DFG glucose tolerance test: the impact of Publikation 25, 156–162 (2009). Laufzeit: 01.09.2006 – 31.12.2008 assay method on the estimation of refe- Pomplun, D., Voigt, A., Schulz, T.J., rence values in patients with acromegaly PROFIMET - Wirkung von Proteinen und Thierbach, R., Pfeiffer, A.F.H., Ristow, M.: and in healthy controls, and the role of Ballaststoffen auf Parameter des Meta- Reduced expression of mitochondrial fra- gender, age, and body mass index. J. Clin. bolischen Syndroms taxin in mice exacerbates diet-induced Endocrinol. Metab. 93, 1254–1262 (2008). Finanzierung: BMBF obesity. Proc. Natl. Acad. Sci. 104, 6377– Laufzeit: 01.08.2007 – 31.07.2010 Fischer, A., Fisher, E., Möhlig, M., Schulze, 6381 (2007). M., Hoffmann, K., Weickert, M.O., Komplexe Kohlenhydrate und mensch- Raila, J., Henze, A., Spranger, J., Möhlig, M., Schueler, R., Osterhoff, M., Pfeiffer, A.F.H., licher Metabolismus Pfeiffer, A.F.H., Schweigert, F.J.: Micro- Boeing, H., Spranger, J.: KCNJ11 E23K Finanzierung: BMBF albuminuria is a major determinant of ele- affects diabetes risk and is associated with Laufzeit: 01.08.2006 – 31.07.2009 vated plasma retinol-binding protein 4 in the disposition index: Results of two type 2 diabetes patients. Kidney Int. 72, BioProfile-Verbundvorhaben: Identifi- independent German cohorts. Diabetes 505–511 (2007). zierung von gesundheitsfördernden Care 31, 87–89 (2008). Naturstoffen für die Prävention von Rudovich, N., Kaiser, S., Engeli, S., Henze, A., Frey, S.K., Raila, J., Tepel, M., Krebs und Metabolischem Syndrom Osterhoff, M., Gögebakan, Ö., Bluher, M., Scholze, A., Pfeiffer, A.F.H., Weickert, M.O., Finanzierung: BMBF Pfeiffer, A.F.H.: GIP receptor mRNA expres- Spranger, J., Schweigert, F.J.: Evidence that Laufzeit: 01.07.2006 – 30.06.2008 sion in different fat tissue depots in post- kidney function but not type 2 diabetes menopausal non-diabetic women. Regul. NGFN2: Genomnetz Neuro-Adipositas: determines retinol-binding protein 4 serum Pept. 142, 138–145 (2007). Identifizierung von Kandidatengenen levels. Diabetes 57, 3323–3326 (2008). für die humane Adipositas und ihre epi- Weickert, M.O., von Loeffelholz, C., Roden, Isken, F., Pfeiffer, A.F.H., Nogueiras, R., demiologische Bedeutung für Erkran- M., Chandramouli, V., Brehm, A., Nowotny, Osterhoff, M.A., Ristow, M., Thorens, B., kungen des Metabolischen Syndroms P., Osterhoff, M.A., Isken, F., Spranger, J., Tschöp, M.H., Weickert, M.O.: Deficiency of Finanzierung: BMBF Landau, B.R., Pfeiffer, A.F.H., Möhlig, M.: A glucose-dependent insulinotropic poly- Laufzeit: 01.09.2004 – 31.05.2008 Thr94Ala mutation in human liver fatty peptide receptor prevents ovariectomy- acid-binding protein contributes to redu- IMAGE (Public Health): Development induced obesity in mice. Am. J. Physiol. ced hepatic glycogenolysis and blunted and implementation of an European Endocrinol. Metab. 295, E350–E355 (2008). elevation of plasma glucose levels in lipid- guideline and training standards for Mai, K., Bobbert, T., Reinecke, F., Andres, J., exposed subjects. 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Metab. 93, 210–215 (2008). chondrial frataxin into diabetes-prone Lightowler, H., Mann, N., Morgan, L., mice Pfluger, P.T., Kampe, J., Castaneda, T.R., Vahl, Panlasigui, L.N., Pelkman, C., Perry, T., Finanzierung: European foundation for T., D'Alessio, D.A., Kruthaupt, T., Benoit, S.C., Pfeiffer, A.F.H. et al.: Measuring the glyce- the study of diabetes Cuntz, U., Rochlitz, H.J., Moehlig, M., mic index of foods: interlaboratory study. Laufzeit: 01.01.2007 – 30.06.2009 Pfeiffer, A.F.H., Koebnick, C., Weickert, Am. J. Clin. Nutr. 87, 247S–257S (2008). M.O., Spranger, J., Tschöp, M.H.: Effect of Mechanismen der Acarbosewirkung human body weight changes on circula- auf den Stoffwechsel und das kardio- ting levels of peptide YY and peptide Übersichtsarbeiten/Reviews vaskuläre Risiko

YY3-36. J. Clin. Endocrinol. Metab. 92, 583– Weickert, M.O., Pfeiffer, A.F.: Metabolic Finanzierung: Bayer Vital GmbH, 588 (2007). effects of dietary fiber consumption and Deutschland prevention of diabetes. J. Nutr. 138, 439– Laufzeit: 01.01.2004 – 31.12.2007 442 (2008). Abteilung Epidemiologie 32 Leitung: Prof. Dr. Heiner Boeing

Department of Epidemiology Head: Prof. Dr. Heiner Boeing

Summary Lifestyle, nutrition, and Zusammenfassung Sowohl der Lebens- die Komplexität der Ernährungsdaten genetic factors affect disease incidence stil, die Ernährung als auch die Gene berücksichtigen. Dazu gehören multiva- (morbidity) and death rate (mortality) of beeinflussen die Erkrankungshäufigkeit riate Methoden, die die Ernährungsdaten a society. It is important to both society (Morbidität) sowie die Sterblichkeitsrate zunächst zu Mustern ordnen, die dann and individuals to know the probability (Mortalität) in einer Gesellschaft. Die Eingang in die Risikoanalysen finden. of such events in relation to lifestyle, Wahrscheinlichkeiten zu kennen, mit der Um die Erkrankungswahrschein lich- nutrition, and genetic susceptibility. diese Ereignisse in Abhängigkeit vom keiten zu bestimmen und um Prädik- Our main research objective is to Lebensstil, von der Ernährung und dem tionsmodelle ableiten zu können, sind identify risk factors for chronic disease genetischen Hintergrund auftreten, liefert umfassende prospektive Daten erforder- and early death as well as disease and sowohl für die Gesellschaft als auch für lich, die uns durch die European Pro spec tive death probabilities in relation to various das Individuum wichtige Informationen. Investi gation into Cancer and Nutrition risk-factor constellations. The research is Die Risikofaktoren für chronische Er- (EPIC-Studie) und die EPIC-Potsdam- focused to quantitatively assess the krankungen und einen frühzeitigen Tod zu Studie zur Verfügung stehen. Die EPIC- role of nutrition and nutritional factors ermitteln sowie Erkrankungs- und Todes- Potsdam-Studie ist eine prospektive in morbidity and mortality. Our results, wahrscheinlichkeiten bei unterschied- Kohortenstudie mit 27.548 Studienteil - together with those of other studies, licher Risikofaktorkonstellation zu be- nehmern. Zusammen mit der EPIC-Heidel - contribute to a conclusive basis that is rechnen, sind wichtige Gegenstände berg-Stu dieist sie der deutsche Beitrag used for the development of promising unserer Forschungsarbeit. Sie ist darauf zur europäischen EPIC-Studie mit über preventive programs. At the same time, ausgerichtet, die Bedeutung der Ernäh- 519.000 Studienteilnehmern. the data of all study results could be rung sowie der ernährungsassoziierten used to derive individual lifestyle and Faktoren für die Morbidität und Mortali- diet recommendations. tät quantitativ zu bestimmen. Die von Methodische Grundlagen der In addition, disease prediction mod- uns gewonnenen Ergebnisse tragen zu- Ernährungsepidemiologie els based on individual risk profiles and sammen mit anderen Studien ergeb- Dagmar Drogan, Ulrich Harttig, risk estimates have become increasingly nissen dazu bei, eine aussagekräftige Kurt Hoffmann (†), Anne-Katrin Illner, important. To maximize the accuracy of Datenbasis fürdie Entwicklung aus- Sven Knüppel, Ute Nöthlings, Jennifer Ray, such prediction models, it is important sichtsreicher Präventionsprogramme zu Anne von Rüsten, Karen Wagner to develop new statistical methods of schaffen. Gleichzeitig soll die Datenbasis analysis that take into account the dazu dienen, individuelle Lebensstil- und Die in epidemiologischen Studien einge- complexity of nutritional data. These Ernährungsempfehlungen abzuleiten. setzten statistischen Methoden haben include multivariate methods that Ebenso gewinnen Prädiktionsmodelle sich weiterentwickelt und zu einem identify patterns in nutritional data an Wichtigkeit, die Erkrankungswahr- Umbruch bei der Ernährungserfassung then include these in risk analyses. scheinlichkeiten bestimmen und auf geführt. Dies betrifft insbesondere den Large-scale prospective data, as pro- indi viduellen Risikoprofilen und Risiko - Häufigkeitsfragebogen, der sich teilweise vided by the European Prospective schätzungen aus Studien basieren. Für die als fehleranfällig erwiesen hat. Dagegen Investigation into Cancer and Nutrition Gültigkeit solcher Prädiktionsmodelle scheint sich die Ernährung von Studien- (EPIC Study) and the Potsdam EPIC wird es wichtig sein, nach neuen statisti- teilnehmern durch einen verstärkten Study, are required to estimate disease schen Analysemethoden zu suchen, die Einsatz von 24-Stunden-Erinnerungspro- probabilities and to derive prediction models. The Potsdam EPIC Study, a prospective cohort study with 27,548 participants, represents together with the Heidelberg-based study the German contribution to the European EPIC Study with over 519,000 study participants.

Methodology of nutritional epidemiology

Progress in the statistical methods used in epidemiological studies has led to a refinement of dietary data collection. This was especially important for food frequency questionnaires, which may provide biased estimates. On the other hand, the intensified use of 24- hour recalls apparently is more suitable for obtaining quantitative dietary data

᭿1 Kathrein Kühn evaluating a food frequency questionnaire. ᭿1 Kathrein Kühn bei der Auswertung eines Ernährungsfragebogens. 33

᭿2 Multivariable adjusted relative risks of CVD (including myocardial infarction and ischemic stroke) by quintiles of fetuin-A according to sex. Relative risks are adjusted for age, sex, BMI, waist circumference, education, physical activity, smoking, alcohol intake, prevalent hypertension, prevalent diabetes, total cholesterol, HDL, and log transformed hs-CRP (high sensitivity C-reactive protein).

from study participants. Our department has developed a statistical technique that uses a combination of data from 24-hour recalls and food frequency questionnaires. The multiple- source technique developed within the EU project EFCOVAL (European Food Consumption Validation) is provided as statistical analysis package for ᭿2 Multivariabel adjustierte relative Risiken für kardiovaskuläre Erkrankungen (einschließlich representative population studies. This Herzinfarkt und ischämischer Schlaganfall) bezogen auf steigende Fetuin-A-Werte (Quintilen) technique can also be used in prospec- unter Berücksichtigung des Geschlechts. tive studies to estimate dietary intake Die relativen Risiken sind adjustiert für Alter, Geschlecht, BMI, Taillenumfang, Grad der Bildung, of individuals. The corresponding körperliche Aktivität, Raucherstatus, Alkoholkonsum, Bluthochdruck, Diabetes, Gesamt - pilot studies, within the EU project cholesterin, HDL-Wert und log transformiertes hs-CRP (high sensitivity C-reactive protein). IDAMES (Innovative Dietary Assessment Methods for Epidemiology and Public Health) coordinated by our depart- to kollen besser erfassen zu lassen. In Krebserkrankungen ment, are being carried out in five unserer Abteilung haben wir ein statisti- Manuela Bergmann, Ute Nöthlings, European study centers. sches Verfahren entwickelt, mit dem man Tobias Pischon, Madlen Schütze, In comparison to previous studies die 24-Stunden-Erinnerungsprotokoll da - Annika Steffen, Steffen Weikert involving mailed questionnaires and ten in Verbindung mit Häufigkeits- 24-hour recall interviews, the intensified angaben nutzen kann. Das so genannte Die an der EPIC-Studie beteiligten Wis sen - collection of dietary data in human Multiple Source Method-Verfahren wurde schaftler gehen bevorzugt Fragestellun - studies requires an innovative approach. im Rahmen des EU-Projektes EFCOVAL gen nach, die mit Krebserkrankungen ver- We are therefore developing web- (European Food Consumption Validation) bunden sind. Dabei koordiniert unser based data collection methods for self- entwickelt und soll als statistisches Team die in der EPIC-Studie durchgeführ- completion. The availability of web- Analysepaket in Bevölkerungsstudien ten Arbeiten zu Nierenkrebs und zu based instruments assessing nutrition Anwendung finden. Weiterhin kommt Krebserkrankungen des oberen Gastro - and other lifestyle factors will open up dieses Verfahren in Frage, um in prospek- intestinaltrakts. Zudem untersuchen wir a completely new dimension in data tiven Studien die Nahrungsaufnahme die Zusammenhänge zwischen Krebs collection for cohort studies. von Individuen einzuschätzen. Die Pilot- und dem Lebensmittelverzehr, bestimm- studien dazu finden im Rahmen des von ten Ernährungsmustern, dem Alkohol - unserer Abteilung koordinierten EU- kon sum sowie anthropometrischen Cancer Projektes IDAMES (Innovative Dietary Parametern. Diese Untersuchungen sind Assessment Methods for Epidemiology eingebettet in die Gesamtauswertung The EPIC Study is preferably used to pur- and Public Health) in fünf europäischen der EPIC-Daten. sue research questions relating to can- Zentren statt. Wir beteiligen uns darüber hinaus auch cer. Within the EPIC Study, our group Eine verstärkte Erhebung von Ernäh- an den Arbeiten der anderen EPIC-Zentren, coordinates research into renal and rungsdaten erfordert ein neues Vorgehen indem wir Daten, Projektideen, Analyse- upper digestive tract cancer. We also im Vergleich zur bisherigen Praxis, bei strategien, Datenanalysen und Daten- study the relation between food con- der Fragebogen postalisch verschickt und interpretationen beisteuern. Ferner koope- sumption, food patterns, alcohol con- 24-Stunden-Erinnerungsprotokolle per rieren wir mit anderen Ko horten studien. sumption, as well as anthropometric Interview erfasst wurden. Daher ent - Eine Zusammenfassung unseres Wis- parameters and cancer. In addition, we wickeln wir derzeit aus den bisherigen senstands über die Zusammenhänge contribute to the work of other EPIC cen- Instrumenten Erfassungsinstrumente zwischen Ernährung und Krebs haben wir ters by providing data, ideas for projects, zum Selbstausfüllen im Internet. Die Ver- der Deutschen Gesellschaft für Ernäh rung analysis strategies, analyses of data, and fügbarkeit von webbasierten Ernäh- für die Erstellung des Ernährungsberichts data interpretation. We are also in - rungs erhebungsinstrumenten und ande- 2008 zur Verfügung gestellt. volved in pooling projects with other ren Fragebogen wird eine völlig neue Hinsichtlich Krebserkrankungen konn- cohort studies. Dimension der Datenerhebung für Ko- ten wir zeigen, dass für das Risiko nicht nur We provided a current summary of hortenstudien eröffnen. das Gewicht an sich eine Rolle spielt, son- evidence on the relation between 34

᭿ 3 Relative risks (95% CI) of myocardial Zusammenhang zwischen Fetuin-A-Werten und dem relativen Risiko (RR) für kardiovaskuläre Erkrankungen. infarction and ischemic stroke by quintiles Association between fetuin-A levels and the relative risk (RR) for cardiovascular diseases. of fetuin-A among men and women in the EPIC-Potsdam Study. Quintilen eingeteilt nach Fetuin-A-Werten *Adjusted for age, sex, BMI, waist circum - Quintiles of fetuin-A ference, education, physical activity, 12345P TrendRR 1 SD smoking, alcohol intake, prevalent Fetuin-A (μg/ml), Bereich 14–183 184–213 214–240 241–270 271–442 hypertension, prevalent diabetes. Fetuin-A (μg/ml), range ** hs-CRP was log-transformed. Fetuin-A (μg/ml), Mittelwert 162 200 226 255 296 Fetuin-A (μg/ml), median Kardiovaskuläre 38 66 90 89 112 nutrition and cancer for the 2008 Erkrankungen, Fälle Nutritional Report of the Deutsche Cardiovascular diseases, Gesellschaft für Ernährung (DGE; cases German Nutrition Society). Relatives Risiko (95% CI) With regard to alcohol consumption, Relative risk (95% CI) we demonstrated that women have a Adjustiert für Geschlecht 1 1,70 2,34 2,39 3,58 <0,0001 1,56 higher risk than men for cancer of the und Alter (1,14–2,54) (1,60–3,41) (1,64–3,48) (2,48–5,18) (1,41–1,73) Sex- and age-adjusted upper digestive tract with the same amount of lifelong alcohol. Multivariabel adjustiert* 1 1,56 2,20 2,23 3,12 <0,0001 1,50 Multivariable adjusted * (1,04–2,32) (1,51–3,21) (1,53–3,24) (2,15–4,52) (1,35–1,66) At present we are in the process of developing a study to identify biomark- Weitere Adjustierung für 1 1,57 2,11 2,26 3,21 <0,0001 1.51 Gesamt-, HDL-Cholesterin (1,05–2,35) (1,44–3,08) (1,55–3,27) (2,22–4,62) (1,36–1,68) ers for cancer of the colon, the upper und hs-CRP ** gastrointestinal tract, and the kidney. Further adjustment for total The data from this study will be com- cholesterol, HDL-cholesterol, bined with data from genome-wide and hs-CRP ** studies carried out by the Imperial ᭿3 Relative Risiken (95% CI) für kardiovaskuläre Erkrankungen (einschließlich Herzinfarkt und College in London and the IARC (Inter- ischämischer Schlaganfall) bezogen auf Fetuin-A-Werte bei Männeren und Frauen, Ergebnisse national Agency on Research of Cancer) der Potsdamer EPIC-Studie. in Lyon. *Adjustiert für Alter, Geschlecht, BMI, Taillenumfang, Grad der Bildung, körperliche Aktivität, Raucherstatus, Alkoholkonsum, Bluthochdruck, Diabetes. ** hs-CRP (high sensitivity C-reactive protein) wurde log transformiert. Cardiovascular Disease dern insbesonders die Fettverteilung. Bei- schen Faktoren, die ein erhöhtes Risiko für Our research on cardiovascular disease spielsweise ist der Taillenumfang, nicht Herzinfarkt und Schlaganfall anzeigen. In centers around investigation of new risk aber der BMI, mit dem Risiko für fort - Zusammenarbeit mit der Abteilung für factors, especially biomarkers and geschrittenen Prostatakrebs assoziiert. Innere Medizin IV des Universitätsklini - genetic factors, which indicate a higher Hinsichtlich des Alkoholkonsums zeig- kums Tübingen untersuchten wir erstmals risk of myocardial infarction (heart ten wir, dass das Erkrankungsrisiko für die Bedeutung des Biomarkers Fetuin-A attack) and stroke. In cooperation with Krebs im oberen Verdauungstrakt pro für das Auftreten von Myokardinfarkt und the Department of Internal Medicine IV Gramm konsumierten Alkohol bei Frauen Schlaganfall. Fetuin-A ist ein in der Leber of the Tübingen University Hospital, we höher ist als bei Männern und dass die synthetisiertes Protein, das ins Blut abge- examined for the first time the signifi- Risikobeziehung auch für eine lebens- geben wird. Nach unseren Ergebnissen cance of the biomarker fetuin-A in the lange Aufnahme gilt. sind hohe Fetuin-A-Spiegel sowohl für occurrence of myocardial infarction Derzeit entwickeln wir Studien, mit das Auftreten eines Myokardinfarktes als and stroke. Fetuin-A is a protein pro- deren Hilfe wir Biomarker für Kolonkrebs, auch für das Auftreten eines ischämischen duced in the liver and secreted into the Krebserkrankungen des oberen Gastro - Schlaganfalles unabhängig von klassi- blood stream. According to our data, intestinaltrakts und Nierenkrebs identifi- schen Risikofaktoren prädiktiv. So hatten high fetuin-A levels are predictive for zieren wollen. Die Daten aus den Bio - beispielsweise Personen mit einem sehr both myocardial infarction as well as markerstudien werden wir mit den Daten hohen Fetuin-A-Blutwert (5. Quintil) ischemic stroke, independent of other aus den vom Imperial College in London im Vergleich zu Personen mit einem classical risk factors. For example, indi- und dem IARC (International Agency on niedrigen Wert (1. Quintil) ein 3,3-fach er- viduals with a high fetuin-A level in the Research of Cancer) in Lyon durchgeführ- höhtes Herz infarkt- beziehungsweise blood (5th quintile), compared to those ten Genomstudien verbinden. ein 3,8-fach er höhtes Schlaganfallrisiko with a lower value (1st quintile), had a (Abb. ᭿2 und ᭿3 ). 3.3 times higher risk of myocardial Weiterhin untersuchten wir die Zu- infarction and a 3.8 times higher risk of Herz-Kreislauf-Erkrankungen sam menhänge zwischen Blutspiegeln stroke (Fig. ᭿2 and ᭿3 ). Dagmar Drogan, Christin Heidemann, von Resistin, einem vor kurzem entdeck- Furthermore, we also looked into the Tobias Pischon, Cornelia Weikert ten Adipokin, und dem Auftreten von relation between serum levels of Herzinfarkt und ischämischen Schlag- resistin, a recently discovered adipokine, Im Mittelpunkt unserer Forschung zu anfällen. Interessanterweise war Resistin and the occurrence of myocardial Herz-Kreislauf-Erkrankungen steht die in unserer Studie mit dem Herzinfarkt- infarction and ischemic stroke. It is Untersuchung neuer Risikofaktoren, ins- risiko, nicht aber mit dem Schlaganfall- interesting to note that resistin was besondere von Biomarkern und geneti- risiko, assoziiert. 35

᭿4 Multivariable adjusted relative risk of death in men (Panels A, B and C) and women (Panels D, E and F) according to BMI (Panels A and D), waist circumference (Panels B and E) and waist-hip-ratio (Panels C and F) in EPIC. Solid lines indicate relative risks and dashed lines indicate 95%-confidence intervals derived from restricted cubic spline regression with knots placed at the 5th, 25th, 75th, and 95th percentile of the sex-specific distribution of each anthropometric variable. The reference point for BMI is the midpoint of the reference group (23.5 to <25.0) from categorical analysis. The reference points for waist circumference and waist-hip-ratio are the sex-specific medians of these variables. The graphic displays are truncated at the 1st and 99th percentiles. Age was used as the underlying time variable in the regression models with stratification by center and age at recruit - ment and additional adjustment for smoking, education, alcohol consumption, physical activity, and height.

linked to the risk of myocardial infarction but not to stroke. Within the research network of heart failure, we analyzed in detail the relation between nutritional factors and risk of heart failure and found, for example, that meat but not fat consumption is associated with risk.

Type 2 diabetes and obesity

Based on Potsdam EPIC Study data, we developed a model to predict risk of type 2 diabetes, the German Diabetes Risk Score. This test requires neither a med- ᭿4 Multivariat adjustiertes relatives Sterblichkeitsrisiko bei Männern (Graphik A, B und C) und Frauen (Graphik D, E und F) in Abhängigkeit von BMI (Graphik A und D), Taillenumfang (Graphik ical examination nor a blood analysis; B und E) und Taillen-Hüftumfang-Quotienten (Graphik C und F), Daten der EPIC-Studie. Die instead, there are questions on simple durchgezogenen Linien zeigen das relative Risiko und die gestrichelten Linien die 95%-Konfi - parameters such as age, waist circum- denzintervalle an. Der Referenzwert für den BMI ist der Median der Referenzgruppe (23,5 bis ference, and eating habits. The test is <25,0). Die Referenzwerte für den Taillenumfang und den Taillen-Hüftumfang-Quotienten sind available since 2007 as an interactive die geschlechtsspezifischen Medianwerte dieser Variablen. Im Regressionsmodell wurde Alter online test and as a questionnaire since als zugrunde liegende Zeitvariable verwendet und stratifiziert nach Studienzentrum und Alter zur Zeit der Rekrutierung. Zusätzlich adjustiert wurde für Raucherstatus, Bildungsstand, 2008 (www.dife.de). Alkoholkonsum, körperliche Aktivität und Körpergröße. We also checked if inclusion of genetic data in the German Diabetes Risk Score would make the test more precise. Our group was able to confirm Im Kompetenznetzwerk Herzinsuffi- Typ-2-Diabetes und Adipositas previously described effects of known zienz führten wir umfassende Analysen Brian Buijsse, Eva Fisher, Christin Heidemann, gene variants associated with type 2 durch, um die Zusammenhänge zwischen Janine Kröger, Ute Noethlings, Tobias Pischon, diabetes, but found that the inclusion of Ernährungsfaktoren und dem Risiko für Anja Schienkiewitz, Matthias Schulze, genetic data did not substantially eine Herzinsuffizienz aufzuklären. Dabei Annika Steffen improve the test. beobachteten wir zum Beispiel, dass However, the results of the diabetes- nicht der Fett-, wohl aber der Fleisch- Basierend auf den Daten der Potsdamer risk gene analyses could be vital for indi- konsum mit dem Herzinsuffizienz risiko EPIC-Studie haben wir ein Modell zur viduals. One example is the finding that assoziiert ist. Vorhersage des Typ-2-Diabetes-Risikos only homozygotic carriers of a certain entwickelt, den Deutschen Diabetes- TCF7L2 gene variant profit from fiber Risiko-Test. Die Anwendung des Tests intake via whole-grain products. 36

Similar analyses of other disease risks erfordert weder eine ärztliche Unter- (Diabetes Obesity and Genes) und are being planned, especially in the suchung noch die Analyse von Blutpro ben, PANACEA (Physical Activity, Nutrition, European project INTERACT (interac- da lediglich einfache Parameter wie Alter, Alcohol, Cessation of Smoking, Eating out tion of genetic and lifestyle factors on Taillenumfang, Ernährungsgewohnheiten of home in relation to Anthropometry). incidence of type 2 diabetes), which is usw. abgefragt werden. Der Test ist seit Bisher konnte nachgewiesen werden, based on data of 12,000 recently diag- 2007 als interaktiver Online-Test und seit dass der Verzehr von viel Obst und nosed cases of type 2 diabetes within 2008 auch als Fragebogen im Internet ver- Gemüse das Risiko einer Gewichts- the EPIC cohort. fügbar (www.dife.de). zunahme verringert, insbesondere dann, In addition to genetic risk factors, we Zudem prüften wir, ob sich der Deutsche wenn mit dem Rauchen aufgehört also study biomarkers in cooperation Diabetes-Risiko-Test durch das Einbe- wurde. Dagegen begünstigt der Alkohol- with the Tübingen University Hospital ziehen genetischer Daten präzisieren konsum die Ent stehung von Über gewicht. and were able to show that the lässt. Wir konnten zwar die in anderen An den Potsdamer Daten konnten wir markers gamma-glutamyl transferase, Studien beschriebenen Effekte der bislang zeigen, dass Bier trinken mit einem Teil der alanin transaminase, and fetuin-A are bekannten, mit dem Typ-2-Diabetes asso- Ge wichts zunahme assoziiert ist, nicht linked to a higher risk for type 2 dia- ziierten Genvarianten bestätigen, den- aber den Bierbauch hervorruft. betes, independent of lifestyle factors noch stellten wir fest, dass eine zusätz - Ob das abdominelle Übergewicht mit and body measurements. liche, auf genetischen Daten basierende einer erhöhten Sterblichkeit einhergeht, Next to type 2 diabetes, obesity is at Risikobestimmung den Test nicht we - war nach den Ergebnissen früherer present in all countries with a “western” sent lich verbessern würde. Studien umstritten. Dies veranlasste uns, lifestyle the most important disease Für den Einzelnen könnten sich jedoch die Daten der europaweiten EPIC-Studie whose development involves both die Ergebnisse der Diabetes-Risikogen- zu dieser Fragestellung auszuwerten, ins- nutritional as well as genetic factors. We Analysen als wichtig erweisen. Ein Beispiel besondere unter Berücksichtigung des therefore investigated the causes for ist die Erkenntnis, dass nur homozygote Taillen- und Hüftumfangs (Abb. ᭿4 ). Da die obesity and overweight together with Träger einer bestimmten Variante des Studie die größte zurzeit verfügbare other researchers within two European TCF7L2-Gens von einer Ballaststoffauf- Datenbasis bietet, erlaubt sie sehr sichere projects: DIOGENES (Diabetes Obesity nahme aus Vollkornprodukten profitieren. Schlussfolgerungen zum Zusammen- and Genes) and PANACEA (Physical Solche auch auf andere Erkrankungs- hang zwischen Körpergewicht und Sterb- Activity, Nutrition, Alcohol, Cessation of risiken ausgerichteten Analysen sind lichkeitsrisiko, so dass wir mit unseren Smoking, Eating out of home in relation insbesondere im europäischen Projekt Ergebnissen zu einem wesentlichen Er - to Anthropometry). Up to now, a high INTERACT (an examination of the inter - kenntnisgewinn beitragen konnten. Wir consumption of fruits and vegetables action of genetic and lifestyle factors on the konnten belegen, dass neben dem Kör- was shown to lower the risk of weight incidence of type 2 diabetes) geplant, das pergewicht auch die Fettverteilung für das gain, especially in individuals who had auf Daten von 12.000 Neuerkrankungen in Sterblichkeitsrisiko von Bedeutung ist. stopped smoking. On the other hand, it der EPIC-Kohorte zurückgreift. Starkes Übergewicht und ein großer was observed that alcohol consumption Zusätzlich zu den genetischen Risiko- Taillenumfang sind bei Menschen um die promotes the development of over- faktoren untersuchen wir auch Bio mar ker. Fünfzig mit einem erhöhten Sterblich- weight. Our analysis of the Potsdam In Zusammenarbeit mit dem Universitäts - keitsrisiko verbunden. Aber auch Men- data revealed that beer is responsible in klinikum Tübingen konnten wir zeigen, schen mit einem niedrigen BMI, aber gro- part for weight gain but not for a “beer dass die Marker Gamma-Glutamyl-Trans- ßem Taillenumfang, haben nach unseren belly”. ferase, Alanin-Trans aminase und Fetuin-A Ergebnissen ein erhöhtes Risiko, frühzeitig The results of earlier studies on unabhängig von Lebensstilfaktoren und zu sterben. whether abdominal fat is linked to a Körpermaßen mit einem erhöhten Typ-2- higher mortality risk were controversial. Diabetes-Risiko assoziiert sind. This prompted us to analyze the data of Neben dem Typ-2-Diabetes zählt in the EPIC Study on this question, espe- allen Ländern mit „westlichem“ Lebens stil Technische Mitarbeiter/innen cially with regard to waist and hip cir- die Adipositas (Fettsucht) zu den zurzeit Kay Behling cumferences (Fig. ᭿4 ). Since this study wichtigsten Erkrankungen, an deren Wolfgang Bernigau offers the largest database presently Entstehung sowohl ernährungsbedingte Birgit Czullay available, it allows quite reliable con- als auch genetische Faktoren beteiligt Wolfgang Fleischhauer clusions on the relation between body sein können. Daher untersuchen wir Christine Heinrich weight and mortality risk, so that our zusammen mit anderen europäischen Ellen Kohlsdorf results made a substantial contribution Wissenschaftlern die Ursachen für Adi- Kathrein Kühn to the present knowledge. We were able positas und Übergewicht im Rahmen Herbert Piechot to show that not only body weight but zweier europäischer Projekte: DIOGENES Dagmar Vulprecht also fat distribution plays a role in mortality risk. According to our findings, also individuals with a low BMI (body mass index) but large waist circumference have a higher risk of early death. 37

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/Original Papers Stefan, N., Fritsche, A., Weikert, C., Boeing, NGFN-plus: Molekulare Mechanismen Fisher, E., Nitz, I., Lindner, I., Rubin, D., H., Joost, H.-G., Häring, H.-U., Schulze, der Adipositas: Gen-Validierung in epi- Boeing, H., Möhlig, M., Hampe, J., M.B.: Plasma fetuin-A levels and the risk of demiologischen Kohorten und Fall- Schreiber, S., Schrezenmeir, J., Döring, F.: type 2 diabetes. Diabetes 57, 2762–2767 Kontrollstudien Candidate gene association study of type (2008). Finanzierung: BMBF 2 diabetes in a nested case-control study Laufzeit: 01.06.2008 – 31.05.2011 of the EPIC-Potsdam cohort - Role of fat Weikert, S., Boeing, H., Pischon, T., assimilation. Mol. Nutr. Food Res. 51, Weikert, C. et al.: Blood pressure and risk NGFN2: Genomnetz Neuro-Adipo si tas: 185–191 (2007). of renal cell carcinoma in the European Identifizierung von Kandidatengenen Prospective Investigation into Cancer and für die humane Adipositas und ihre epi- Ford, E.S., Schulze, M.B., Bergmann, M.M., Nutrition. Am. J. Epidemiol. 167, 438–446 demiologische Bedeutung für Erkran- Thamer, C., Joost, H.-G., Boeing, H.: Liver (2008). kungen des Metabolischen Syndroms enzymes and incident diabetes: Findings Finanzierung: BMBF from the European Prospective Investiga- Weikert, C., Dierkes, J., Hoffmann, K., Laufzeit: 01.09.2004 – 31.05.2008 tion into Cancer and Nutrition (EPIC)- Berger, K., Drogan, D., Klipstein-Grobusch, Potsdam Study. Diabetes Care 31, 1138– K., Spranger, J., Möhlig, M., Luley, C., Lifestyle risk factors, medication, blood 1143 (2008). Boeing, H.: B vitamin plasma levels and the pressure and plasma glucose concen- risk of ischemic stroke and transient tration as predictors of cardiovascular Nöthlings, U., Hoffmann, K., Bergmann, ischemic attack in a German Cohort. mortality in individuals with diabetes M.M., Boeing, H.: Fitting portion sizes in a Stroke 38, 2912–2918 (2007). Finanzierung: European Foundation for self-administered food frequency questi- the Study of Diabetes onnaire. J. Nutr. 137, 2781–2786 (2007). Weikert, C., Stefan, N., Schulze, M.B., Laufzeit: 01.05.2008 – 30.04.2011 Pischon, T., Berger, K., Joost, H.-G., Häring, Nöthlings, U., Schulze, M.B., Weikert, C., H.-U., Boeing, H., Fritsche, A.: Plasma InterAct: An examination of the inter- Boeing, H. et al.: Intake of vegetables, legu- fetuin-A levels and the risk of myocardial action of genetic and lifestyle factors on mes, and fruit, and risk for all-cause, infarction and ischemic stroke. Circulation the incidence of type 2 diabetes cardiovascular, and cancer mortality in a 118, 2555–2562 (2008). Finanzierung: EU European diabetic population. J. Nutr. Laufzeit: 01.10.2006 – 30.09.2010 138, 775–781 (2008). Weikert, C., Westphahl, S., Berger, K., Dierkes, J., Möhlig, M., Spranger, J., Rimm, EPIC – European Prospective Investiga- Nöthlings, U., Murphy, S.P., Wilkens, L.R., E.B., Willich, S.N., Boeing, H., Pischon, T.: tion into Cancer, Chronic Diseases, Boeing, H., Schulze, M.B., Bueno-de- Plasma resistin levels and risk of myo- Nutrition and Lifestyle Mesquita, H.B., Michaud, D.S., Roddam, A., cardial infarction and ischemic stroke. J. Finanzierung: EU Rohrmann, S., Tjønneland, A., Clavel- Clin. Endocrinol. Metab. 93, 2647–2653 Laufzeit: 01.12.2005 – 30.11.2009 Chapelon, F., Trichopolou, A., Sieri, S., (2008). Rodriguez, L., Ye, W., Jenab, M., Kolonel, L.N.: IDAMES (Public Health): Innovation on A food pattern that is predictive of flavonol Dietary and Activity assessment intake and risk of pancreatic cancer. Am. J. Übersichtsarbeiten/Reviews Methods for epidemiological Studies Clin. Nutr. 88, 1653–1662 (2008). Bergmann, M.M., Görman, U., Mathers, and Public Health J.C.: Bioethical considerations for human Finanzierung: EU Pischon, T., Boeing, H., Hoffmann, K., nutrigenomics. Annu. Rev. Nutr. 28, 447– Laufzeit: 01.04.2007 –30.06.2009 Bergmann, M., Schulze, M.B. et al.: 467 (2008). General and abdominal adiposity and risk DiOGenes: Diet, Obesity and Genes of death in Europe. N. Engl. J. Med. 359, Pischon, T., Nöthlings, U., Boeing, H.: Finanzierung: EU 2105–2120 (2008). Obesity and cancer. Proc. Nutr. Soc. 67, Laufzeit: 01.01.2005 – 31.12.2009 128–145 (2008). Pischon, T., Boeing, H., Weikert, S. et al.: PANACEA (Public Health): Physical Body size and risk of prostate cancer in the Activity, Nutrition, Alcohol, Cessation of European Prospective Investigation into smoking, Eating out of home and obe- Cancer and Nutrition. Cancer Epidemiol. sity Biomarkers Prev. 17, 3252–3261 (2008). Finanzierung: EU Laufzeit: 01.01.2007 – 31.12.2009 Schulze, M.B., Schulz, M., Heidemann, C., Schienkiewitz, A., Hoffmann, K., Boeing, H.: EFCOVAL (European Food Consumption Carbohydrate intake and incidence of Validation): Statistical methods in food type 2 diabetes in the European Pro- consumption studies spective Investigation into Cancer and Finanzierung: EU Nutrition (EPIC)-Potsdam Study. Br. J. Nutr. Laufzeit: 01.10.2006 – 30.09.2009 99, 1107–1116 (2008). Arbeitsgruppe Biomarker 38 Leitung: PD Dr. Tobias Pischon

Section ― Biomarker Head: PD Dr. Tobias Pischon

Obesity, type 2 diabetes mellitus, car- Adipositas, Typ-2-Diabetes mellitus, diovascular diseases, and cancer are sowie Herz-Kreislauf- und Krebserkran - among the major diet-related chronic kungen gehören zu den wichtigsten diseases. Obesity has become not only ernährungsabhängigen Erkrankungen in a disease in its own right but it is also a Ländern mit einem westlichen Lebensstil. risk factor for diabetes, cardiovascular Dabei ist die Adipositas nicht nur als diseases, and cancer. Results from the eigenständige Erkrankung zu betrachten, EPIC-Potsdam study as well as from sondern ist wie Übergewicht auch ein other cohort studies indicate that obe- Risikofaktor für Diabetes, Herz-Kreislauf- sity as such, as well as the distribution Erkrankungen und Krebs. Wie Ergebnisse of body fat, are major determinants of der EPIC-Studie (European Prospective chronic disease risk and early death. Investigation into Cancer and Nutrition) These study results also indicate that und anderer Kohortenstudien zeigen, certain dietary and lifestyle factors may spielt neben der Adipositas an sich die enhance the development of diabetes Körperfettverteilung eine wesentliche and cancer, independent of body Rolle für das Risiko chronisch zu erkranken weight. Data of the EPIC study reveal, for und vorzeitig zu sterben. Darüber hinaus example, that persons who consume weisen die Ergebnisse dieser Studien ᭿2 Probenröhrchen, die die Blutproben ent - few whole-grain products have a darauf hin, dass bestimmte Ernährungs- halten. higher diabetes risk or that those who komponenten, aber auch der Lebensstil consume high amounts of red meat unabhängig vom Körpergewicht die Ent- have a higher risk of colon cancer. stehung von Typ-2-Diabetes und be- Die Arbeitsgruppe Biomarker wurde im However, the underlying pathogenic stimmten Krebserkrankungen begünsti- Sommer 2008 etabliert. Sie untersucht mechanisms are not completely under- gen können. Daten der EPIC-Studie zeigen vorrangig ernährungs- und stoffwechsel- stood nor are the biologically active beispielsweise, dass ein geringer Konsum relevante Biomarker sowie genetische substances clearly identified. Further, von Vollkornprodukten mit einem erhöh- Polymorphismen hinsichtlich ihrer Be- genetic factors and their interaction ten Typ-2-Diabetesrisiko verbunden ist, deutung für Erkrankungsrisiken. Dabei with nutrition may substantially con- oder dass Personen, die viel rotes Fleisch konzentriert sie sich besonders auf die Zu- tribute to the development of chronic essen, ein höheres Darmkrebsrisiko besit- sam menhänge zwischen Adipositas, Er- diseases. zen. Trotzdem sind die zugrunde liegenden nährung und Lebensstilfaktoren und dem The Biomarker Working Group was pathogenen Mechanismen nicht ausrei- Risiko für Typ-2-Diabetes, Herz-Kreislauf- established in the summer of 2008 and chend geklärt sowie die biologisch aktiven Erkrankungen und Krebs. Die Ergebnisse is concerned with nutritionally and Substanzen meist unbekannt, die für sol- der Arbeitsgruppe sollen einerseits dabei metabolically relevant biomarkers and che Risikobeziehungen verantwortlich helfen, die zugrunde liegenden pathoge- genetic variants related to disease risk. sind. Darüber hinaus spielen genetische nen Mechanismen aufzuklären und Its major focus is on the relation of Faktoren und deren Interaktion mit der andererseits dazu beitragen, Personen obesity, diet and lifestyle factors with Ernährung in der Entstehung chronischer mit einem Erkrankungsrisiko leichter zu risk of type-2-diabetes, cardiovascular Erkrankungen eine wichtige Rolle. identifizieren. diseases and cancer. The results of the group will help clarify the underlying mechanisms for these associations and also may improve the identification of individuals at risk for disease.

᭿1 Blood samples from EPIC participants which are used to analyze biomarkers, are stored in liquid nitrogen. ᭿1 Die Blutproben der EPIC-Studienteilnehmer werden in Stickstofftanks gelagert. Sie werden ᭿2 Tubes containing blood samples. zur Analyse von Biomarkern verwendet. 39

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/Original Papers ative and attributable risk of myocardial Die Rolle von Resistin in der Entstehung Fisher, E., Schulze, M.B., Stefan, N., Häring, infarction and stroke according to C-reac- von Herz-Kreislauf-Erkrankungen H.U., Döring, F., Joost, H.G., Al-Hasani, H., tive protein and low-density lipoprotein Finanzierung: Deutsche Stiftung für Boeing, H., Pischon, T.: Association of the cholesterol levels. Eur. J. Epidemiol. 22, Herzforschung FTO rs9939609 single nucleotide poly- 429–438 (2007). Laufzeit: 01.01.2006 – 31.12.2007 morphism with C-reactive protein levels. Obesity 17, 330–334 (2009). Pischon, T., Pai, J.K., Manson, J.E., Hu, F.B., Rexrode, K.M., Hunter, D., Rimm, E.B.: Pischon, T., Boeing, H., Hoffmann, K., Single nucleotide polymorphisms at the Bergmann, M., Schulze, M.B., Overvad, K., adiponectin locus and risk of coronary van der Schouw, Y.T., Spencer E., Moons, heart disease in men and women. K.G., Tjonneland, A., Halkjaer, J., Jensen, Obesity 15, 2051–2060 (2007). M.K., Stegger, J., Clavel-Chapelon, F., Boutron-Ruault, M.C., Chajes, V., Weikert, C., Westphal, S., Berger, K., Linseisen, J., Kaaks, R., Trichopoulou, A., Dierkes, J., Möhlig, M., Spranger, J., Rimm, Trichopoulos, D., Bamia, C., Sieri, S., Palli, D., E.B., Willich, S.N., Boeing, H., Pischon, T.: Tumino, R., Vineis, P., Panico, S., Peeters, P.H., Plasma resistin levels and risk of myocar- May, A.M., Bueno-de-Mesquita, H.B., van dial infarction and ischemic stroke. J. Clin. Duijnhoven, F.J., Hallmans, G., Weinehall, Endocrinol. Metab. 93, 2647–2653 L., Manjer, J., Hedblad, B., Lund, E., Agudo, (2008). A., Arriola, L., Barricarte, A., Navarro, C., Martinez, C., Quiros, J.R., Key, T., Bingham, Weikert, C., Westphal, S., Luley, C., Willich, S., Khaw, K.T., Boffetta, P., Jenab, M., S.N., Boeing, H., Pischon, T.: Within-subject Ferrari, P., Riboli, E.: General and abdomi- variation of plasma resistin levels over a nal adiposity and risk of death in Europe. 1-year period. Clin. Chem. Lab. Med. 45, N. Engl. J. Med. 359, 2105–2120 (2008). 899–902 (2007).

Pischon, T., Hu, F.B., Rexrode, K.M., Girman, C.J., Manson, J.E., Rimm, E.B.: Inflamma- Übersichtsarbeiten/Reviews tion, the metabolic syndrome, and risk of Pischon, T., Nöthlings, U., Boeing, H.: coronary heart disease in women and Obesity and cancer. Proc. Nutr. Soc. 67, men. Atherosclerosis 197, 392–399 128–145 (2008). (2008). Pischon, T., Schulz, M., Boeing, H.: Primär- Pischon, T., Möhlig, M., Hoffmann, K., prävention maligner Tumoren durch die Spranger, J., Weikert, C., Willich, S.N., Ernährung: Epidemiologische Evidenz. Pfeiffer, A.F., Boeing, H.: Comparison of rel- Aktuel. Ernaehr. Med. 32, 31–40 (2007). Abteilung Ernährungstoxikologie 40 Leitung: Prof. Dr. Hans-Rudolf Glatt

Department of Nutritional Toxicology Head: Prof. Dr. Hans-Rudolf Glatt

Summary Most foods contain sub- Zusammenfassung Die meisten Lebens- derartige Lücken schließen, so dass Pro- stantial levels of natural and anthro- mittel enthalten beträchtliche Mengen dukte gegebenenfalls durch eine Ände- pogenic non-nutritive components an nicht-nutritiven Bestandteilen, wobei rung der verwendeten Pflanzen sorten (xenobiotics). We are interested in the die niedermolekularen Substanzen als und durch veränderte Zubereitungs wei - beneficial and adverse effects of xeno- Fremdstoffe bezeichnet werden, auch sen weiter verbessert werden können. biotics in relation to nutrition and wenn sie natürlichen Ursprungs sind. Wir tumorigenesis. Carcinogens are difficult interessieren uns für günstige und to detect from observations in humans, ungünstige Fremdstoffwirkungen im Fremdstoffmetabolisierende since years or decades elapse between Rahmen der Thematik Ernährung und Enzyme im Intestinaltrakt initial exposure and tumor manifesta- Krebsentstehung. Krebserzeugende Sub- Simone Florian, Walter Meinl tion; moreover, deliberate exposure of stanzen sind im Menschen nur schwer zu humans to potential carcinogens is erfassen, da zwischen der ersten Exposi- In Zusammenarbeit mit den Abteilungen inacceptable. Therefore, toxicology tion und der Tumormanifestation viele Gastrointestinale Mikrobiologie und Bio- relies on animal and cell culture models. Jahre oder gar Jahrzehnte vergehen; chemie der Mikronährstoffe untersuchten Hundreds of chemicals are known to zudem verbietet sich eine gezielte Be- wir die Expression von 20 fremdstoffme- induce hepatic, pulmonary, or renal lastung mit potentiellen Kanzerogenen. tabolisierenden Enzymen in der Darm- tumors in rats or mice. In contrast, few Die Toxikologie ist deshalb auf Tier- und mukosa von keimfreien Ratten im compounds have been detected that Zellkulturmodelle angewiesen. Vergleich zu Ratten mit normaler Mikro - induce in animals colorectal carcino- Man kennt hunderte von Substanzen, biota (Darmflora). Im Dünndarm – der von mas, a type of cancer quite common in die in der Leber, Niere oder Lunge von Bakterien wenig besiedelt ist – war kein humans with a western life-style. Most Ratten oder Mäusen Tumoren induzieren. Einfluss zu beobachten. Jedoch stellten carcinogens are mutagenic but usually Dagegen sind nur vereinzelte Substanzen wir fest, dass die meisten Enzyme in der require metabolic activation, so we are bekannt, die in Tierversuchen kolorektale Kolonmukosa von keimfreien Tieren stär- looking into the role of biotransforma- Karzinome (Dickdarmkrebs) erzeugen – ker exprimiert wurden. Dies könnte durch tion systems in colon tumor develop- eine Krebsform, die in Ländern mit west- eine erhöhte Belastung mit enzymindu- ment and, together with the Depart- lichem Lebensstil sehr häufig ist. Die zierenden Fremdstoffen bedingt sein, da ment of Gastrointestinal Microbiology, meisten Kanzerogene wirken in ihren deren Elimination durch Bakterien entfällt. whether intestinal bacteria are involved Zielgeweben erbgutverändernd (muta- In dieser Studie bestätigte sich zudem in mutagen/carcinogen activation. Bio- gen); diese Wirkung tritt in der Regel erst unsere frühere Beobachtung, dass in der transformation enzymes of the human nach einer metabolischen Aktivierung Ratte Sulfotransferasen (SULT) sehr stark intestinal mucosa, e.g., the sulfotrans- auf. Deshalb erforschen wir Biotransfor - in der Leber, aber nur in äußerst geringen ferases (SULT), are also of interest. In mations-Systeme, die für die Entstehung Mengen im Darm exprimiert werden. contrast, rat SULT are strong ly concen- von Darmtumoren wichtig sein könnten. In einer weiteren Studie untersuchten trated in the liver, where they mediate In Zusammenarbeit mit der Abteilung wir die Expression der SULT in verschiede- the terminal activation of many liver Gastrointestinale Mikrobiologie untersu- nen Abschnitten und Zellen des humanen carcinogens. chen wir, welche Rolle Darmbakterien bei gastrointestinalen Traktes. Mehrere For- A goal of this department is to der Aktivierung von Mutagenen/Kan- men zeigten eine besonders hohe Ex- develop and use cell culture and animal zero genen spielen. Überdies interessieren pression in Endothelzellen von Gefäßen models to clarify human intestinal bio- uns charakteristische Biotransforma- (Abb. ᭿1 ) und in den Enterozyten, die transformation mechanisms, espe- tions enzyme der Darmmukosa (Darm- cially of natural xenobiotics in prepared schleimhaut). Im menschlichen Darm or unprepared foods. High amounts of sind beispielsweise die Sulfotransferasen some xenobiotics are found in foods, (SULT) Teil des Biotransformations sys- but few have been tested for long-term tems. In der Ratte sind die SULT dagegen effects. Producers often are not legally stark auf die Leber konzentriert. Dort sind required to test traditional foods for sie für die terminale Aktivierung von vie- toxin safety, so we aim to close this loop- len Leberkanzerogenen verantwortlich. hole by altering ingredients or process- Ein Ziel der Abteilung ist es, Zellkultur- ing of food products. und Tiermodelle zu entwickeln und zu nutzen, die charakteristische Biotransforma- tionsmechanismen des menschlichen Xenobiotic-metabolizing enzymes Darms berücksichtigen. Besonders inte- in the intestinal tract ressiert uns die Biotransformation und Wirkung von natürlichen nicht-nutritiven In collaboration with the departments Inhaltsstoffen aus unverarbeiteten, aber Gastrointestinal Microbiology and Bio- auch traditionell zubereiteten Lebens- chemistry of Micronutrients, we deter- mitteln. Viele dieser Stoffe nehmen wir mined the levels of 20 xenobiotic- in großen Mengen auf. Trotzdem sind metabolizing enzymes in the intestinal sie kaum auf mögliche Spätwirkungen unter sucht, da den Produzenten wegen ᭿1 Expression von SULT1A1-Protein (braun) ᭿1 Expression of SULT1A1 protein (brown) der traditionellen Nutzung dieser Lebens- in der Kolonmukosa (Darmschleimhaut) des in human colon mucosa. Magnification: mittel eine Sicherheitsprüfung nicht vor- Men schen. Vergrößert: Lymphfollikel mit lymphoid follicle with capillary. geschrieben werden kann. Wir wollen Kapillare. 41

direkt an der luminalen Oberfläche loka- Humanisierte Testsysteme für mucosa of conventional and germ-free lisiert sind. Dies lässt vermuten, dass toxikologische Untersuchungen rats. Whereas no effects were observed SULT als biochemische Barriere für Fremd- Nadiya Bakhiya, Monika Batke, Morana Bauer- in small bowel (sparsely colonized by stoffe genutzt werden. Die humane Marinovic, Gisela Dobbernack, Claudia Donath, microbiota), most enzyme levels were intestinale Zelllinie Caco-2 lässt sich in Wolfram Engst, Simone Florian, Walter Meinl, elevated in the colon mucosa of Kultur differenzieren; mit zunehmender Carolin Müller, Nicole Schade, Katrin Seyfarth, germ-free animals – possibly due to Differenzierung nahmen die Zahl der Korinna Wend enhanced exposure to enzyme-inducing exprimierten SULT-Formen und die Höhe xenobiotics otherwise eliminated by der Expression stark zu. In voll differen- Mutagenese ist ein zentraler Wirkmecha - bacteria. We also reconfirmed that zierten Zellen ließen sich acht der 13 nismus von Kanzerogenen. Kanzerogene SULT expression in rats is very high in humanen SULT-Formen nachweisen, weit aus der Umwelt und aus Lebensmitteln liver but very low in intestine, in contrast mehr als in der Leber (fünf Formen). müssen, um mutagen zu wirken, durch to humans. In Zusammenarbeit mit der Abteilung fremdstoffmetabolisierende Enzyme zu In a study on expression of SULT in Gastrointestinale Mikrobiologie zeigten reaktiven Molekülen aktiviert werden, die various sections/cells of the human wir, dass spezifische Darmbakterienarten kovalent an die DNA binden. Die Re- intestinal tract, levels of several forms in vitro nahrungsrelevante Mutagene aktionsprodukte heißen DNA-Addukte. Je were particularly high in differentiated aktivieren können. Zum Beispiel aktiviert nach Spezies, Gewebe, individuellen enterocytes lining the intestinal lumen Bacteroides distasonis Arbutin, das in genetischen Faktoren, Ernährungsweise and in endothelial cells of capillaries Birnenschale enthalten ist. Eubacterium und anderen Umwelteinflüssen kann (Fig. ᭿1 ), suggesting that SULT serve as a ramulus aktiviert 1-Hydroxymethylpyren, die Ausstattung mit diesen Enzymen biochemical barrier for xenobiotics. einen Metaboliten eines kanzerogenen und damit die Empfindlichkeit gegen- Increased differentiation of cultured Kohlenwasserstoffs, der in Zigaretten- über Schadstoffen extrem unterschiedlich human intestinal cells Caco-2 is linked rauch und verschiedenen Lebensmitteln sein. Zur Identifizierung kritischer Wirts- to the number of SULT forms and their vorkommt. Das Bakterium Eubacterium faktoren und zur Verbesserung der expression levels: 8 of 13 human SULT limnosum aktiviert Neoglucobrassicin, Modellsysteme „humanisieren“ wir diese forms were found in fully differentiated das in Kohl und Raps enthalten ist. Wir für definierte Enzyme mit gentechni- cells. wollen nun klären, ob die mutagenen schen Methoden. So haben wir eine Metaboliten Zielzellen im Wirt schädigen große Zahl von Cytochromen P450, können. Alkohol- und Aldehyddehydrogenasen, Humanized test systems for Epoxidhydrolasen, Sulfo-, Acetyl- und toxicological investigations Glutathiontransferasen wie auch Trans- For mutagenesis, a chief mechanism of carcinogens, environmental and food- borne carcinogens require activation by xenobiotic-metabolizing enzymes to reactive intermediates that covalently bind to DNA, thereby forming DNA adducts. The levels and characteristics of these enzymes vary extremely between species and tissues and are affected by individual genetic constitu- tion, diet, and other environmental factors. In order to identify critical enzymes and to improve the relevance of test models, we “humanize” test systems for defined enzymes by genetic engineering. Using a large number of cytochromes P450, alcohol and aldehyde dehydrogenases, epoxide hydro- lases, sulfo-, acetyl- and glutathione transferases as well as transmembrane transporters expressed in target cells in vitro as models, we detected many genotoxic carcinogens missed in conventional tests. Moreover, we observed major differences in bioactivation between humans and laboratory animals.

᭿2 Bioaktivierung von 11-Hydroxycyclopenta[pqr]benz[a]anthracen (OH-CPBA) zu einem Muta - ᭿2 Activation of OH-CPBA to a potent gen durch eine humane intestinale Sulfotransferase, die direkt in den Testbakterien exprimiert mutagen by a human intestinal SULT wurde. Orthologe Enzyme aus Versuchstieren zeigten keine oder nur eine minimale Aktivierung expressed in a bacterial tester strain, dieser Substanz. OH-CPBA ist ein primärer Metabolit von zwei in der Umwelt vorkommenden but not by orthologous enzymes from Polyzyklen, Cyclopenta[pqr]benz[a]anthracen und 11-Oxocyclopenta[pqr]benz[a]anthracen. laboratory animals. 42

᭿3 DNA adduct formation in tissues of wild- type mice (blue) and mice expressing human SULT1A1/2 (red) by PhIP (8 h after an oral dosage of 90 mg/kg body weight). Means ± SE of 4–8 animals; Leber/liver; Lunge/lung; Niere/kidney; Milz/spleen * p < 0.05, *** p < 0.001.

An impressive example is shown in Fig. ᭿2 . Polycyclic aromatic hydrocarbons, e.g., cyclopenta[pqr]benz[a]anthracene, and oxidized derivatives are common in the environment (exhaust/cigarette fumes). 11-Hydroxycyclopenta[pqr]benz [a]anthracene is a potent mutagen in bacteria expressing human intestinal SULT1B1. The corresponding rat enzyme, primarily expressed in liver, produced a 2,500-fold lower activation, whereas murine and canine SULT1B1 even lacked this activity totally. Such observations led us to construct knockout and humanized mice for sev- ᭿ eral SULT (in cooperation with H. 3 Bildung von DNA-Addukten in verschiedenen Geweben von Wildtyp-Mäusen (blau) und in Mäusen mit Expression der humanen SULT1A1/2 (rot) durch das heterozyklische Amin PhIP Himmelbauer, Berlin): Sult1a1 and (8 h nach oraler Gabe von 90 mg/kg Körpergewicht). PhIP wird vor allem in erhitztem Fleisch Sult1d1 knockout mice as well as mice und Fisch gebildet. Mittelwerte ± SE von 4–8 Tieren. * p < 0,05; *** p < 0,001. lines expressing human SULT1A1, 1A2, and 1B1 enzymes. The expressed enzymes exhibit both human sub- membrantransportern in kultivierten lare Genetik, Berlin). Zurzeit verfügen wir strate specificity and human-like tissue Zellen exprimiert. Mit diesen neuen über mehrere Mauslinien, die humane distribution. These mice have been Modellen war es möglich, zahlreiche gen- SULT-Gene (1A1, 1A2 und 1B1) besitzen, used in initial toxicological studies with toxische kanzerogene Substanzen zu und über knockout-Mäuse, denen die PhIP, a heterocyclic amine formed in erfassen, die mit traditionellen In-vitro- endogene Sult1a1 oder Sult1d1 fehlt. fried meat and one of the few com- Verfahren unentdeckt blieben. Zudem Diese Mausmodelle haben wir bereits in pounds inducing colon tumors in ani- konnten wir große Unterschiede zwi- ersten toxikologischen Untersuchungen mals. PhIP formed higher levels of DNA schen menschlichen Enzymen und Enzy- eingesetzt. 2-Amino-1-methyl-6-phenyl - adducts in all mouse tissues harboring men von Standardlabortieren hinsichtlich imidazo[4,5- b]pyridin, besser bekannt the human SULT1A1/2 gene cluster der Aktivierung verschiedener Substan zen unter der Abkürzung PhIP, ist ein kanzero- than in wild-type mice (Fig. ᭿3 ). nachweisen. Ein prägnantes Beispiel ist in genes heterozyklisches Amin, das beim This transgenic model is used to Abb. ᭿2 gezeigt. Methylen-überbrückte Braten von Fleisch entsteht. Es bildete in study cellular and subcellular localiza- poly zyklische aromatische Kohlenwasser- allen Geweben der transgenen Mäuse, die tion of the heterologous protein by stoffe, wie das Cyclopenta[pqr]benz[ a]- die humanen SULT1A1/2 exprimierten, immunohistochemistry. For example, anthracen, und oxidierte Derivate sind in mehr DNA-Addukte als in Geweben von SULT1A1/2 was expressed in kidney der Umwelt weit verbreitet, zum Beispiel Wildtyp-Mäusen (Abb. ᭿3 ). proximal tubules and distal tubules of in Abgasen und Zigarettenrauch. 11- Die transgenen Modelle waren auch gut the outer medulla but not in glomeruli, Hydroxycyclopenta[pqr]benz[a]anthracen geeignet, um immunhistochemisch die distal tubules of the cortex, and col- erwies sich in Bakterien als stark mutagen, zelluläre und subzelluläre Verteilung des lecting ducts (Fig. ᭿4 ). High SULT1A1/2 sofern sie die humane SULT1B1 expri- jeweilig heterolog exprimierten Enzym - levels in nuclei of kidney, gut and liver mierten. Dieses Enzym kommt vor allem proteins zu untersuchen, da sich mit der were surprising, where formation of im Darm vor. Das entsprechende Ratten- parentalen Mauslinie die Spezifität der reactive metabolites in the immediate enzym zeigte eine 2.500-fach geringere Signale überprüfen lässt. Beispielsweise vicinity of DNA could exert a particularly Aktivierung, abgesehen davon, dass es im werden die SULT1A1/2 in der Niere in den strong genotoxic effect. Darm nur schwach exprimiert wird. Alle proximalen Tubuli der Nierenrinde und in weiteren untersuchten Enzyme, ein- den distalen Tubuli des äußeren Nieren- schließlich der SULT1B1 der Maus und des marks exprimiert, jedoch nicht in den Furan derivatives Hundes, bewirkten überhaupt keine Glomeruli, den distalen Tubuli der Nieren- Aktivierung dieser Substanz. rinde und den Sammelrohren (Abb. ᭿4 ). Heating of foods causes inactivation Solche Beobachtungen veranlassten Dabei ist die starke SULT-Expression of beneficial or adverse chemicals and uns, für einige SULT humanisierte Maus- sowohl in den Kernen der Nieren- als auch formation of many new xenobiotics linien zu konstruieren, also Mäuse, in der Leberzellen auffällig. Die Bildung (pyrolysis products). We are presently denen einzelne endogene Gene durch reaktiver Metaboliten im Kern, also in studying furfuryl alcohol and 5-hydrox- entsprechende humane Gene ersetzt unmittelbarer Nachbarschaft zur DNA, ymethylfurfural (HMF), whose average sind (in Zusammenarbeit mit H. Himmel- könnte zu einer besonders starken DNA- daily intake exceeds that of (heat- bauer, Max-Planck-Institut für Moleku- Schädigung führen. 43

᭿4 Localization of SULT1A1/2 protein (brown) in kidney of mice harboring the human SULT1A1/2 gene cluster. a/d cortex and outer medulla, respectively, from a transgenic mouse; b/e magnification of the areas marked in a and d; c/f corresponding sections from a wild-type mouse as negative control; D, distal tubule; G, glomerulus; P, proximal tubule.

induced) acrylamide by a factor of 1,000. Both furan derivatives are inactive in standard in vitro genotoxicity tests but have shown some long-term carcinogenic activity in animal models. They are clearly mutagenic in mammalian cells engineered for expression of SULT. Furthermore, HMF is converted in mice to the corresponding reactive, short-lived sulfo conjugate but excreted as free and conjugated car- boxylic acids. We identified the enzymes mediating this biotransformation and determined their kinetic properties. Having observed a 200-fold increase in DNA damage induced by a similar compound, 1-hydroxymethyl- pyrene, upon inhibition of detoxifying pathways by ethanol and drugs, we will check for similar interactions with furan derivatives. We want to contribute to a better understanding of pyrolysis-product transformation in order to identify and estimate the risks involved in intake of commonly con- sumed items such as bread or coffee.

᭿4 Lokalisation von SULT1A1/2-Protein (braun) in der Niere von Mäusen mit humanem SULT1A1/2-Gencluster. a/d Nierenrinde bzw. äußeres Nierenmark einer transgenen Maus; b/e Vergrößerung der markierten Ausschnitte aus a und d; c/f entsprechende Schnitte aus Genotoxicants from vegetables einem Wildtyp-Tier als Negativkontrolle; D, distaler Tubulus; G, Glomerulus; P, proximaler of the cabbage family Tubulus. Various phytochemicals (e.g., cycasin, aristolochic acids, pyrrolizidines, Furan-Derivate gene Wirkung in Zellen, die die humane ptaquilosides) have substantial car- Ronny Kollock, Bernhard Monien SULT exprimierten, sogar noch deutlich cinogenic activities. Cycasin and its stärker war. Wir konnten zudem in der derivatives (e.g., azoxymethane and Das Erhitzen von Lebensmitteln induziert Maus – auch in der Wildtyp-Maus – in vivo 1,2-dimethylhydrazine) are the strongest unzählige chemische Reaktionen, in direkt die Umwandlung von HMF in das colon carcinogens known and most denen günstige oder schädliche Wirk- entsprechende, reaktive und kurzlebige often used in experimental studies. We stoffe inaktiviert werden können und Sulfo-Konjugat, 5-Sulfoxymethylfurfural, recently detected the formation of viele neue Fremdstoffe (Pyrolysepro - nachweisen. Ausgeschieden wird HMF characteristic DNA adducts in buccal dukte) entstehen. Zurzeit befassen wir allerdings in Form freier und konjugierter mucosa and lymphocytes in volunteers uns mit Furfurylalkohol und 5-Hydroxy- Carbonsäuren. Wir haben die humanen after consumption of raw broccoli or methyl furfural (HMF), deren durch- Enzyme, die diese Biotransformation cabbage. Rats fed raw broccoli showed schnittliche tägliche Aufnahme aus katalysieren, identifiziert und ihre kineti- characteristic adducts in all tissues Nahrungsmitteln jene von Acrylamid, schen Parameter bestimmt. Für eine ver- investigated (gut, liver, lung, and kid- einem anderen Pyrolyseprodukt, um den wandte Substanz, 1-Hydroxymethyl pyren, ney). In collaboration with R. Iori Faktor 1.000 übersteigt. Beide Furanderi- hatten wir in der Ratte eine 200-fache (Bologna), who isolated various sec- vate haben in Langzeitstudien moderate Zunahme der DNA-Schädi gung gefun- ondary metabolites from Brassica tumorinduzierende Wirkungen gezeigt, den, nachdem wir die detoxifizierenden plants, we identified the adduct-induc- waren aber im Standard-In-vitro-Gentoxi- Stoffwechselwege durch Etha nol oder ing constituent as neoglucobrassicin, a zitätsttest negativ. Dagegen wirkten sie in Arzneimittel gehemmt hatten. Wir glucosinolate converted by myrosinase Zellen mutagen, in denen wir murine werden nun prüfen, ob solche Poten- to electrophilically reactive metabo- SULT exprimiert hatten, wobei die muta- zierungen sich auch für Furanderivate lites in damaged plants. In contrast to 44

other glucosinolates, which are prima- beobachten lassen. Durch unsere Unter- Modellen die Gentoxizität durch eine rily converted to cytotoxic products by suchungen wollen wir dazu beitragen, die Expression der humanen SULT1A1 erheb- myrosinase, neoglucobrassicin was Biotransformation von Pyrolyse-Pro duk- lich verstärkt wurde. Unsere massenspek- strongly mutagenic in bacterial test ten besser zu verstehen, um Risiken auf- trometrischen Analysen belegen, dass die systems in the presence of myrosinase. zudecken und zu bewerten, die mit dem DNA-Addukte, die wir in den mit Broccoli In mammalian cells, it was a strong Verzehr verschiedener wichtiger Lebens- gefütterten Versuchstieren fanden, tat- inducer of sister chromatid exchange. mittel wie Brot, aber auch mit dem sächlich durch Metaboliten des Neo- Expression of human SULT1A1 sub- Konsum von Kaffee verbunden sein könn- glucobrassicins verursacht wurden. Neo- stantially enhanced the genotoxicity of ten. glucobrassicin ist nicht kommerziell neoglucobrassicin in both models. erhältlich. Wir reinigen es daher zurzeit Mass-spectrometric analyses demon- selbst aus Kohlarten auf, um über ausrei- strated that the DNA adducts formed in Gentoxische Inhaltsstoffe aus Kohlarten chende Mengen für tierexperimentelle rat tissues after consumption of broccoli Chimgee Baasanjav, Wolfram Engst, Studien zu verfügen. are identical to those formed in a sim- Bernhard Monien Dessen ungeachtet stehen Gluco sino- ple in vitro model comprising neoglu- late im Ruf, vor Krebs schützen zu können. cobrassicin, myrosinase, and DNA or Ein hoher Obst- und Gemüsekonsum Klar belegt ist eine Induktion von deoxyguanosine. Neoglucobrassicin is wird in epidemiologischen Studien in der Enzymen, die reaktive Metaboliten inakti- commercially not available. We have Regel mit verminderten oder unveränder- vieren. Unser Kooperationspartner, S. begun to purify it from Brassica plants ten Krebsrisiken assoziiert, aber kaum mit Knasmüller (Wien), fand in einer humanen in quantities sufficient for animal stud- erhöhten Risiken. Jedoch ist auch all - Interventionsstudie heraus, dass eine ies. gemein bekannt, dass viele Pflanzen Rosenkohldiät die Empfindlichkeit von Glucosinolates are reputed to be pro- akut giftige Stoffe enthalten. Für einige Lymphozyten für gentoxische Schäden tective against cancer, and it is known pflanzliche Inhaltsstoffe ist eine kanzero- vermindert, die durch das heterozyklische that they induce enzymes which detox- gene Wirkung gut belegt. So sind Cycasin Amin PhIP ausgelöst werden. Wir konnten ify reactive intermediates. A collabora- und davon abgeleitete Substanzen (z. B. den Effekt auf eine Herunterregulation der tion partner, S. Knasmüller (Vienna), Azoxymethan und 1,2-Dimethylhydrazin) SULT1A1 zurückführen, ein Enzym, das observed in a human intervention die stärksten und am häufigsten verwen- sowohl an der Aktivierung von PhIP als study that consumption of Brussels deten Kolon-Kanzerogene in der experi- auch der Aktivierung von Neogluco- sprouts diminishes the sensitivity of mentellen Forschung. brassicin beteiligt ist. Wir interpretieren lymphocytes to genetic damage pro- Kürzlich entdeckten wir, dass der Ver- deshalb diese nach dem Kohlverzehr fest- duced by PhIP. We found that this effect zehr von rohem Broccoli und Weiß kohl- gestellten metabolischen Veränderungen is due to down-regulation of SULT1A1, salat beim Menschen zur Bildung als eine Anpassung zum Schutz vor an enzyme that is key to the activation charakteristischer DNA-Addukte in der potentiell gefährlichen Inhaltsstoffen of PhIP and neoglucobrassicin. This is Mund schleimhaut und in Lymphozyten dieser Pflanzen. Unser Ziel ist es, heraus- the first observation showing that führt. In Versuchstieren ließen sich nach zufinden, ob sich die möglicherweise Brassica constituents not only induce Füttern von Broccoli DNA-Addukte auch in günstigen, aber auch schädlichen Wir- protective enzymes but also reduce lev- Darm, Leber, Lunge und Niere nachweisen. kungen des Kohlverzehrs auf unter- els of toxifying phase-2 enzymes. We In Zusammenarbeit mit R. Iori (Bologna), schiedliche Kohlinhaltsstoffe zurückfüh- interpret these metabolic changes as an der uns isolierte Naturstoffe aus Kohl arten ren lassen. Ließen sich solche Stoffe adaptation protecting against poten- zur Verfügung stellte, identifizierten wir identifizieren, könnten Lebensmittel pro- tially harmful compounds from these die verantwortliche Substanz. Es handelt dukte durch züchterische Veränderungen food plants. We would like to know if sich um Neoglucobrassicin. Es gehört zu der verwendeten Pflanzensorten und ver- potentially beneficial and adverse den Glucosinolaten, einer Klasse von änderte Zubereitungsarten weiter ver- effects of Brassica vegetables are attrib- natürlichen Pestiziden. Bei einer Schädi- bessert werden. uted to different phytochemicals, and gung der Pflanze werden sie durch ein under which conditions. The selection of pflanzeneigenes Enzym, die Myrosinase, appropriate varieties, growth condi- zu reaktiven Metaboliten umgesetzt. Technische Mitarbeiterinnen tions, and preparation modes may lead Im Gegensatz zu vielen anderen Gluco- Sabine Braune to products more beneficial to health. sino laten, die nach Aktivierung vor allem Christine Gumz zytotoxisch wirken, erwies sich Neo- Andrea Katschak glucobrassicin in Gegenwart von Myro- Brigitte Knuth sinase in bakteriellen Modellsyste men als Elisabeth Meyer stark mutagen. Auch in Säuger zellen war Martina Scholtyssek es stark gentoxisch, wobei in beiden Jutta Schwenk 45

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/Original Papers Meinl, W., Ebert, B., Glatt, H., Lampen, A.: Bioprofil Nutrigenomik: Untersuchung Bakhiya, N., Batke, M., Laake, J., Monien, Sulfotransferase forms expressed in von Algenextrakten auf protektive B.H., Frank, H., Seidel, A., Engst, W., Glatt, human intestinal Caco-2 and TC7 cells at Wirkung gegen mutagene und kanze- H.: Directing role of organic anion trans- varying stages of differentiation and role rogene Wirkungen von Lebensmittel- porters in the excretion of mercapturic in benzo[a]pyrene metabolism. Drug Inhaltsstoffen in humanisierten In- acids of alkylated polycyclic aromatic Metab. Dispos. 36, 276-283 (2008). vitro- und In-vivo-Modellsystemen hydrocarbons. Drug Metab. Dispos. 35, Finanzierung: BMBF 1824-1831 (2007). Meinl, W., Sczesny, S., Brigelius-Flohé, R., Laufzeit: 01.01.2007 – 30.04.2009 Blaut, M., Glatt, H.: Impact of gut micro- Geyer, J., Döring, B., Meerkamp, K., Ugele, biota on intestinal and hepatic levels of HEATOX: Genotoxicity of the Maillard B., Bakhiya, N., Fernandes, C.F., Godoy, J.R., phase-2 xenobiotic-metabolizing enzy- product 5-hydroxymethylfurfural (im Glatt, H., Petzinger, E.: Cloning and func- mes in the rat. Drug Metab. Dispos. (Epub Verbundprojekt: Health risk from heat- tional characterization of human ahead of print) (2009). treated foods and food products) sodium-dependent organic anion trans- Finanzierung: EU porter (SLC10A6). J. Biol. Chem. 282, Monien, B.H., Müller, C., Engst, W., Frank, Laufzeit: 01.11.2003 – 28.02.2007 19728-19741 (2007). H., Seidel, A. Glatt, H.: Time course of hepatic 1-methylpyrene DNA adducts in Sulfotransferase-mediated activation Glatt, H., Rost, K., Frank, H., Seidel, A., rats determined by isotope dilution LC- of alkylated and alkano-bridged polycy- Kollock, R.: Detoxification of promuta- MS/MS and 32P-postlabeling. Chem. Res. clic aromatic hydrocarbons present in genic aldehydes derived from methyl- Toxicol. 21, 2017-2025 (2008). tobacco smoke, and its modulation by pyrenes by human aldehyde dehydroge- alcohol and drugs nases ALDH2 and ALDH3A1. Arch. Teubner, W., Meinl, W., Florian, S., Finanzierung: Philip Morris External Biochem. Biophys. 477, 196-205 (2008). Kretzschmar, M., Glatt, H.: Identification Research Program and localization of soluble sulfotrans- Laufzeit: 01.06.2003 – 31.01.2007 Hoelzl, C., Glatt, H., Meinl, W., Sontag, G., ferases in the human gastrointestinal Haidinger, G., Kundi, M., Simic, T., tract. Biochem. J. 404, 207-215 (2007). Humanization of xenobiotic-meta- Chakraborty, A., Bichler, J., Ferk, F., Angelis, bolizing enzymes in the mouse: new K., Nersesyan, A., Knasmüller, S.: Con- Wincent, E., Amini, N., Luecke, S., Glatt, H., models for studying DNA adduct for- sump tion of Brussels sprouts protects Bergman, J., Crescenzi, C., Rannug, A., mation and tumor induction by carci- peripheral human lymphocytes against 2- Rannug, U.: The suggested physiologic aryl nogens from tobacco smoke amino-1-methyl-6-pheny limidazol[4,5- hydrocarbon receptor activator and Finanzierung: Philip Morris External b]pyridine (PhlP) and oxidative DNA- cytochrome P4501 substrate 6-formylin- Research Program damage: results of a controlled human dolo[3,2-b]carbazole is present in Laufzeit: 01.01.2008 – 31.12.2010 intervention trial. Mol. Nutr. Food Res. 52, humans. J. Biol. Chem. 284, 2690-2696 330-341 (2008). (2009). Modulation von intestinalen Sulfo - transferasen Kollock, R., Frank, H., Seidel, A., Meinl, W., Finanzierung: Schering AG Glatt, H.: Oxidation of alcohols and reduc- Übersichtsarbeiten/Reviews Laufzeit: 01.11.2006 – 30.04.2007 tion of aldehydes derived from methyl- Glatt, H.: Sulfotransferases. In: Schwab, M. and dimethylpyrenes by cDNA-expressed (ed.) Encyclopedia of Cancer, 2nd Edition. Neoglucobrassicin, ein stark mutagener human alcohol dehydrogenases. Springer Publishing Company, Heidelberg Naturstoff aus Brassica-Arten: Ent- Toxicology 245, 65-75 (2008). (Germany), 2857-2861 (2008). wicklung von Belastungsbiomarkern zur Anwendung in Tiermodellen und im Kollock, R., Meinl, W., Schneider, H., Batke, Glatt, H.: Xenobiotic metabolism, a target Menschen M., Frank, H., Seidel, A., Glatt, H.: Efficient for nutritional chemoprevention of can- Finanzierung: Institut Danone für oxidation of promutagenic hydrox- cer? In: Knasmüller, S., DeMarini, D.M., Ernährung ymethylpyrens by cDNA-expressed Johnson, I., Gerhäuser, C. (eds.) Chemo- Laufzeit: 01.03.2008 – 31.12.2009 human alcohol dehydrogenase ADH2 prevention of Cancer and DNA Damage by and its inhibition by various agents. Dietary Factors. Wiley-VCH, Weinheim, DNA-Addukte in Caco-2 Zellen in Ab- Biochem. Pharmacol. 75, 527-537 (2008). 93-108 (2009). hängigkeit vom Transmembrantrans- porter-Status Liu, Y., Glatt, H.: Mutagenicity of N- Finanzierung: Bundesinstitut für nitrosodiethanolamine in a V79-derived Buchbeiträge/Book Articles Risikobewertung cell line expressing two human biotrans- Glatt, H., Schneider, H., Seidel, A.: Poly- Laufzeit: 01.01.2008 – 31.06.2009 formation enzymes. Mutat. Res./Fund. cyclische aromatische Kohlenwasser- Mol. Mech. Mutagen. 643, 64-69 (2008). stoffe. In: Dunkelberg, H., Gebel, T., Hartwig, A. (eds.) Handbuch der Lebens- Meinl, W., Donath, C., Schneider, H., mitteltoxikologie. Wiley-VCH, Weinheim, Sommer, Y., Glatt, H.: SULT1C3, an orphan 1121-1155 (2007). sequence of the human genome, encodes an enzyme activating various promuta- gens. Food Chem. Toxicol. 46, 1249-1256 (2008). Abteilung Gastrointestinale Mikrobiologie 46 Leitung: Prof. Dr. Michael Blaut

Department of Gastrointestinal Microbiology Head: Prof. Dr. Michael Blaut

Summary The bacteria resident in Zusammenfassung Die Bakterienge mein - altersbedingte Krankheiten wie Krebs, the human intestinal tract influence a schaft im menschlichen Magen- und Osteoporose und kardiovaskuläre Erkran- number of host functions such as gas- Darmtrakt (Gastrointestinaltrakt) beein- kungen haben. Aufgrund ihrer strukturel- trointestinal metabolism, epithelial cell flusst eine Reihe von Wirtsfunktionen wie len Ähnlichkeit mit körpereigenen Östro- growth, and immunity. In the colon, den gastrointestinalen Stoffwechsel, das genen binden viele Isoflavone an they convert non-digestible food com- Wachstum der Darmschleimhaut und Östrogenrezeptoren und üben dadurch ponents to a variety of fermentation das Immunsystem. Ihre vielfältigen kata- sowohl agonistische als auch antagonis- products including short chain fatty lytischen Fähigkeiten ermöglichen es den tische Effekte aus. Isoflavone besitzen acids that are further utilized by the Darmbakterien, ein breites Spektrum von jedoch auch antioxidative und enzymin- host. However, in some cases, intestinal Nahrungsinhaltsstoffen umzusetzen, die hibitorische Eigenschaften, die hormon- bacteria may contribute to disease im Dünndarm nicht verdaut werden. unabhängig sind. Soja enthält die Iso- development. Bacterial cellular compo- Viele der hierbei gebildeten Fermenta- flavone Daidzein und Genistein in hohen nents and substances produced from tionsprodukte wie kurzkettige Fettsäuren Konzentrationen. Aufgrund der postulier- dietary components have been impli- sind für den Wirt von Nutzen. Allerdings ten gesundheitsförderlichen Effekte gibt cated in the onset and exacerbation of können intestinale Bakterien in einigen es ein wachsendes Angebot an Nah- inflammatory bowel disease and co - Fällen auch zur Krankheitsentstehung rungs ergänzungsmitteln, die diese so lorectal cancer. The factors controlling beitragen. So sind bakterielle Antigene genannten Phytoöstrogene enthalten. the microbial community in the human und aus Nahrungskomponenten gebil- Darmbakterien beeinflussen die biolo- intestine and the molecular basis of dete Transformationsprodukte mit der gische Aktivität von Isoflavonen. Dies host microbe interactions in the gut are Entstehung von entzündlichen Darm- bedeutet, dass die bakteriell gebildeten largely unknown. We aim to elucidate erkrankungen und Darmkrebs in Verbin- Metabolite sich von den ursprünglich the effect of diet on the development, dung gebracht worden. Die Faktoren, die aufgenommenen Substanzen erheblich composition, and activity of the intes- die mikrobielle Lebensgemeinschaft im unterscheiden können. So wird Daidzein tinal microbiota and, based on this, to Darm kontrollieren, und die molekulare durch Darmbakterien zu Equol oder define the role of intestinal bacteria in Basis der Wechselwirkungen zwischen O-Demethylangolensin umgewandelt, the development and prevention of dis- den Darmbakterien und dem Wirt sind welche eine höhere Affinität zum Östro- ease. We have studied the bacterial con- weitgehend unbekannt. Unsere Arbeit genrezeptor aufweisen als Daidzein version of dietary isoflavones and zielt darauf ab, den Einfluss der Ernährung selbst. Unterschiede in der Zusammen- investigated how the intestinal envi- auf die Entwicklung, Zusammensetzung setzung der Darmmikrobiota könnten ronment affects bacterial protein und Aktivität der intestinalen Mikrobiota erklären, warum etwa 70 % der Bevölke - expression in order to characterize the (Darmflora) aufzuklären. Darauf basie- rung O-Demethylangolensin bildet, wäh- molecular basis underlying bacteria– rend wollen wir die Bedeutung der rend 30 % Equol produziert. host interactions. In a cooperative Darmbakterien für die Entwicklung bzw. Unsere Untersuchungen zeigen, dass project with clinicians we explored Verhütung von Erkrankungen erfassen. In equolbildende Bakterien im Darm nur whether the oral administration of diesem Zusammenhang untersuchten in geringer Konzentration vorkommen bacterial preparations to preterm low wir, wie Darmbakterien Isoflavone umset- (103–105 Bakterien/g Fäzes). Um mehr birthweight infants reduces the colo- zen und welche Spezies daran beteiligt über diese Bakterien zu erfahren, reicher- nization of the neonate’s intestinal sind. Um aufzuklären, welche molekula- ten wir Equolbildner aus einer Stuhlprobe tract by pathogenic bacteria and ren Mechanismen für die Effekte der an und isolierten schließlich den Stamm thereby supports the infants’ healthy Darmmikrobiota auf den Wirt verant- HE8, ein strikt anaerobes, Gram-positives, development. wortlich sind, gingen wir der Frage nach, stäbchenförmiges Bakterium. Die Gen- wie das Darmmilieu die bakterielle sequenz der 16S ribosomalen RNA offen- Genexpression beeinflusst. Für diese barte, dass es sich bei dem Isolat um eine Bioactivation of isoflavones by Untersuchung verwendeten wir ein gno- neue Spezies handelt, die zu den Corio- intestinal bacteria tobiotisches Mausmodell. Bei diesem bacteriaceae gehört. Der Stamm HE8 Dietary isoflavones are claimed to exert handelt es sich um ursprünglich keimfreie setzte Daidzein zu Equol und Genistein zu protective effects against hormone- Tiere, die im vorliegenden Fall gezielt mit 5-Hydroxyequol um, wobei Dihydro daid - dependent and age-related diseases nur einem bekannten Bakterienstamm zein bzw. Dihydrogenistein als Inter- such as cancer, osteoporosis, and car- besiedelt wurden. Daneben untersuchten mediate auftraten (Abb. ᭿1 ). Wäh rend die diovascular diseases. Based on their wir in Kooperation mit einer Kinderklinik, Equolbildung aus Daidzein schon früher structural similarity to endogenous ob die orale Gabe von Bifidobakterien bei beschrieben wurde, ist die von uns beob- estrogens, isoflavones may bind to untergewichtigen Frühgeborenen das achtete Bildung von 5-Hydroxy equol aus estrogen receptors and exert agonistic Auftreten von krankmachenden Bakte rien Genistein ein neuer Befund. Wir gehen or antagonistic effects. Isoflavones also vermindert und damit eine gesunde Ent- davon aus, dass 5-Hydroxyequol ähnlich show hormone-independent anti-oxi- wicklung der Säuglinge fördert. wie Daidzein, Genistein und Equol haupt- dative, anti-proliferative, and enzyme- sächlich am Östrogenrezeptor ␤ bindet. inhibitory properties. Soy is a rich Der Stamm HE8 setzte die Isoflavone source of the isoflavones daidzein and Bioaktivierung von Isoflavonen während seiner exponentiellen Wachs- genistein. Owing to their proposed durch intestinale Bakterien tumsphase um. In der stationären Phase health-promoting effects, a growing Annett Braune, Anastasia Matthies hing die Umsetzung von Daidzein und number of food supplements contain- Genistein von der Präinkubation mit die- ing these so-called phytoestrogens has Isoflavone in der Nahrung sollen protek- sen beiden Isoflavonen ab. Dies deutet become available. tive Effekte gegen hormonabhängige und darauf hin, dass die beteiligten Enzyme 47

᭿1 Time course of conversion of (A) daidzein (᭿) via dihydrodaidzein (᭡) to equol (᭹) and (B) genistein (᭿) via dihydrogenistein (᭡) to 5-hydroxy-equol (᭹) by strain HE8. Since a standard reference compound was not available, values of 5-hydroxy-equol are given as peak areas referring to the y-axis on the right.

Biotransformation of isoflavones by intestinal bacteria is an important factor in regulating their biological activity because the metabolites formed may differ from those of the parent compound. For example, intestinal bacteria convert daidzein to equol or O- desmethylangolensin, which have a higher affinity to the estrogen receptor than daidzein. Approximately 70 % of human individuals produce O-des- methyl angolensin, whereas only 30 % produce equol. This variation in microbial daidzein transformation has been explained by differences in the gut microbiota composition. However, knowledge about the bacteria catalyz- ing this transformation is scarce and their numerical importance is unknown. We found that equol-producing bacteria are a numerically small population (103-105 bacteria/g feces). To collect more information on these bacteria we enriched and subsequently isolated the equol-forming bacterial strain HE8, a strictly anaerobic, rod-shaped, Gram- positive bacterium. The 16S rRNA gene sequence indicated that the isolate represents a new species within the ᭿ ᭿ ᭡ ᭹ 1 Zeitlicher Verlauf der Umsetzung von (A) Daidzein ( ) über Dihydrodaidzein ( ) zu Equol ( ) Coriobacteriaceae. Strain HE8 con- und (B) Genistein (᭿) über Dihydrogenistein (᭡) zu 5-Hydroxyequol (᭹) durch den Stamm HE8. verted daidzein to equol and genistein to 5-hydroxy-equol, with dihydro- zunächst durch die Isoflavone induziert Besiedlungsmuster auf, das durch niedrige daidzein and dihydrogenistein, respec- werden müssen. Daidzein induzierte Konzentrationen an Bifidobakterien und tively, being formed as intermediates nicht nur seine eigene Umsetzung son- Laktobazillen gekennzeichnet ist. Daher (Fig. ᭿1 ). While equol formation from dern auch die von Genistein und umge- gingen wir der Frage nach, ob die orale daidzein has been reported previously, kehrt, was vermuten lässt, dass die beiden Gabe von Bifidobakterien und Lakto- the production of 5-hydroxy-equol, Isoflavone durch dieselben Enzyme trans- bazillen die Ansiedlung von pathogenen which is expected to preferentially bind formiert werden. Bakterien vermindern und das Gedeihen to the estrogen receptor ␤, is a new der Frühgeborenen unterstützen kann. observation. In Zusammenarbeit mit der Ernst von The conversion of the isoflavones by Wirkung von oral verabreichten Bergmann-Klinik in Potsdam untersuchten strain HE8 occurred during the expo- Bifidobakterien auf Frühgeborene wir in einer doppelt blind, placebokon- nential growth phase. In the stationary Ruchika Mohan trolliert und randomisiert durchge führ ten growth phase, the conversion of Studie, ob die orale Gabe von Bifidobacte - daidzein and genistein depended on the Zu früh geborene, untergewichtige, un- rium lactis Bb12 (Abb. ᭿2 ) (1,6 – 4,8 x 109 pre-incubation with these isoflavones, reife Säuglinge sind anfällig gegenüber Zellen pro Applikation) bei Früh gebo re nen indicating the necessity for enzyme gastrointestinalen Infektionen, die zu (Abb. ᭿3 ) einen günstigen Effekt auf die induction. Daidzein not only induced its nekrotisierender Kolitis und Sepsis führen Gewichtszunahme, das fäkale Calpro- own conversion but also that of genis- können. Da Frühgeborene die ersten tectin, das fäkale Immunglobulin A (IgA) tein and vice versa, suggesting that Lebenstage zumeist auf der Intensivsta - sowie die bakterielle Besiedlung und identical enzymes catalyze the conver- tion verbringen, weist ihr Gastrointestinal - Fermentation im Darm hat. Die Studie sion of the two isoflavones. Intestinal trakt häufig ein ungünstiges bakterielles schloss 69 Frühgeborene ein, die vor der bacteria may also contribute to the 48

᭿2 Scanning electron micrograph of Einklang steht. Das fäkale Calprotectin, bei Bifidobacterium lactis Bb12. dem es sich um einen Entzündungs- marker handelt, war in der B. lactis Bb12- Gruppe um 23 % niedriger als in der bioactivation of genistein by converting Placebo-Gruppe. Umgekehrt war das it to 5-hydroxy-equol. fäkale IgA in der Bb12-Gruppe um 44 % höher als in der Placebo-Gruppe. Das fäkale IgA spielt eine zentrale Rolle für die Effect of orally applied bifidobacteria lokale Immunität und stellt eine wichtige on preterm infants Komponente der intestinalen Barriere gegen Infektionen dar. Erwartungs- Low birthweight premature infants gemäß war die Bifidobakterien-Konzen- delivered by caesarian section are tration in den Stuhlproben der mit B. lactis prone to gastrointestinal infections, Bb12 supplementierten Gruppe um 3,4 which may lead to septicemia or necro- Zehnerpotenzen höher als in der Kon- tizing enterocolitis. Since preterm ᭿2 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme trollgruppe. Die Säuglinge in der B. lactis infants are in intensive care the first von Bifidobacterium lactis Bb12. Bb12-Gruppe wiesen darüber hinaus days of life, they often develop an mehr als 10-fach niedrigere Lebendzell- abnormal pattern of bowel colonization, 37. Schwan gerschaftswoche geboren wor- zahlen von Enterobacteriaceae und which is characterized by low concen- den waren. Nur solche Kinder, die gleich- Clostridien auf als die in der Placebo- trations of bifidobacteria and lacto- zeitig mit Antibiotika behandelt wurden, Gruppe (Tab. ᭿4 ). Dies ist ein erwünschter bacilli. The oral administration of lacto- reagierten auf die Gabe von B. lactis Bb12 Effekt, da einige Angehörige dieser beiden bacilli or bifidobacteria to preterm mit einer im Vergleich zur Placebo- Gruppen enteropathogen sind. Diese infants has been proposed to increase Gruppe stärkeren Gewichtszunahme Ergebnisse weisen darauf hin, dass die the mucosal barrier against pathogens (Tab. ᭿4 ). Der fäkale pH-Wert war in der Gabe von B. lactis Bb12 eine gesunde and to support their healthy develop- B. lactis Bb12-Gruppe generell niedriger Entwicklung von Frühgeborenen unter- ment. als in der Placebo-Gruppe, was mit den stützen kann. In cooperation with clinicians we um 42 % bzw. 38 % höheren fäkalen investigated in a double-blind, placebo- Essigsäure- bzw. Milchsäure-Konzentra- controlled, randomized study whether tionen in der B. lactis Bb12-Gruppe in the oral application of Bifidobacterium lactis Bb12 (Fig. ᭿2 ) (1.6 – 4.8 x 109) to preterm infants (Fig. ᭿3 ) has a beneficial ᭿4 Einfluss der oralen Gabe von Bifidobacterium lactis Bb12 auf klinische und mikrobiologische effect on weight gain, fecal calpro- Parameter bei Frühgeborenen. Die Kinder wurden anhand von Geburtsgewicht, Schwangerschafts - tectin, fecal IgA, and patterns of bowel woche bei Geburt, Geschlecht, Nabelschnurblut-pH und ihrem klinischen Zustand randomisiert. colonization and gut fermentation. The n.s.: nicht signifikant trial included 69 preterm infants born Alle zu früh geborenen Kinder before 37 gestation weeks. Only antibi- All preterm infants otic-treated infants who received B. lac- B. lactis Bb12 Placebo tis Bb12 gained more body weight than those receiving placebo (Table ᭿4 ). The Gewicht nach 3 Wochen (g) 1882 ± 53 1836 ± 76 fecal pH was significantly lower in the Weight after 3 weeks p = n.s. Bb12 than in the placebo group, which Fäkales Calprotectin (mg/kg) 269.77 ± 26.70 350.75 ± 31.19 is in accordance with 42 % and 38 % Fecal calprotectin p = 0.041 higher fecal concentrations of acetate Fäkales IgA (mg/kg) 4.39 ± 0.49 2.47 ± 0.59 and lactate in the Bb12 than in the Fecal IgA p = 0.021 placebo group, respectively. Fecal calprotectin, a non-invasive marker for Fäkale Milchsäure-Konzentration (μmol/g) 11.42 ± 1.36 7.06 ± 1.14 inflammation, was 23 % lower in the Fecal lactate p = 0.011 Bb12 group than in the placebo group. Fäkale Essigsäure-Konzentration (μmol/g) 33.49 ± 2.06 19.32 ± 1.52 Fecal IgA, which plays a central role in Fecal acetate p < 0.001 local immunity and is an important Fäkaler pH-Wert 5.67 ± 0.09 6.38 ± 0.10 component of the intestinal barrier Fecal pH p < 0.001 against infections, was 44 % higher in the Bb12 group than the placebo Bifidobakterien * 8.17 ± 0.53 4.82 ± 0.50 group. As expected, bifidobacterial Bifidobacteria p < 0.001 numbers were considerably higher in Enterobacteriaceae ** 7.80 ± 0.33 9.02 ± 0.35 the group supplemented with B. lactis Enterobacteriaceae p = 0.015 Bb12 than in the placebo group. The Clostridien ** 4.88 ± 0.29 5.99 ± 0.31 infants in the Bb12 group also had more Clostridia p = 0.014 than tenfold lower viable counts of Enterobacteriaceae and clostridia than * Zellzahl/g Stuhlprobe (Feuchtgewicht); log10 (No of cells/g wet weight of feces; log10) those in the placebo group (Table ᭿4 ). ** Colony Forming Unit (cfu)/g Stuhlprobe (Feuchtgewicht); log10 (cfu/g wet weight of feces; log10) 49

᭿3 Preemie in incubator of intensive-care unit, Center for Pediatric and Adolescent Medicine, Ernst von Bergmann Hospital, Potsdam

This is a desirable effect because some members of these groups are entero- pathogens. These data indicate that the supplementation with B. lactis Bb12 may help to support a healthy development of preterm infants.

Bacterial response to host factors ᭿3 Frühchen im Brutkasten auf der Intensivstation des Zentrums für Kinder- und Jugend medizin des Klinikums Ernst von Bergmann, Potsdam. There is an intricate relationship between the human host and its intestinal Anpassung von Darmbakterien an Maus als vereinfachtes Modell der Bak- microbiota. The effects of the gut Wirtsfaktoren terien-Wirts-Interaktion (gnotobiotisches microbiota on the host have been stud- Carl Alpert, Gunnar Loh, Jacqueline Scheel Mausmodell). Die bakterielle Ant wort auf ied extensively. In contrast, the microbial die Bedingungen im Verdauungs trakt response to host factors has hardly Zwischen dem Menschen und seiner untersuchten wir, indem wir mit Hilfe been considered although this re- intestinalen Mikrobiota besteht ein kom- verschiedener Methoden das bakterielle sponse may have implications for the plexes Beziehungsgeflecht. Die Einflüsse Proteom analysierten. Dabei nutzten wir host. To study the impact of host factors der Darmmikrobiota auf den Wirt wurden die Methodik der zweidimensionalen on gut microbes, we created a simplified und werden ausgiebig untersucht. Der Gelelektrophorese, um die Bakterien - model of host–bacteria interaction by Antwort von Darmbakterien auf Wirts- proteine aus dem Gastrointestinaltrakt associating germfree mice with com- faktoren wurde dagegen bislang wenig zu trennen, und anschließend die Me - mensal Escherichia coli. We analyzed the Beachtung geschenkt, obwohl sich diese thode der Elektrospray-Ionisations-Tan- bacterial response to the conditions in Antwort auf den Wirt auswirken kann. Um dem-Mas senspektroskopie, um diese zu the digestive system by a proteomics- den Einfluss von Wirtsfaktoren auf Darm- identifizieren. based approach using two-dimen- bakterien zu untersuchen, nutzten wir Unter In-vitro-Bedingungen unterliegt sional gel electrophoresis followed by eine mit Escherichia coli monoassoziierte die bakterielle Substratnutzung einer electrospray ionization-tandem mass spectrometry to identify proteins of bacteria recovered from the gastroin- Antibiotika behandelte Kinder Kinder ohne Antibiotika-Behandlung testinal tract. Antibiotic-treated infants Infants without antibiotic treatment In contrast to in vitro conditions, B. lactis Bb12 Placebo B. lactis Bb12 Placebo where a stringent regulation of substrate utilization is observed, our protein 1574 ± 65 1375 ± 74 1900 ± 78 1941 ± 79 expression data indicate the simulta- p < 0.001 p = n.s. neous use by E. coli of a wide range of 289.73 ± 46.77 325.83 ± 56.98 250.61 ± 29.93 378.44 ± 38.42 substrates in the mouse intestinal p = n.s. p = 0.007 tract. For example, the tartronate semi- 3.26 ± 0.84 2.56 ± 0.90 5.91 ± 1.46 2.37 ± 0.82 aldehyde reductase, an enzyme of the p = n.s. p = 0.018 D-galactarate/D-glucarate pathway, is 58-fold up-regulated in vivo compared 10.81 ± 2.42 6.98 ± 2.28 12.05 ± 1.75 7.14 ± 1.07 to in vitro (Fig. ᭿5 ). Galactarate occurs in p = n.s. p = 0.009 various fruits and, as a constituent of 33.88 ± 3.96 17.82 ± 2.50 33.18 ± 2.78 20.94 ± 1.81 the animal feed, is available in the p < 0.001 p < 0.001 cecum. Another example of E. coli’s adjustment to in vivo conditions is the 5.67 ± 0.10 6.39 ± 0.13 5.68 ± 0.09 6.35 ± 0.11 induction of the 2-ketogluconate p < 0.001 p < 0.001 reductase (16-fold up), which reduces 8.65 ± 0.83 5.11 ± 0.92 7.69 ± 0.56 4.52 ± 0.46 ketogluconate, a product of incomplete p = 0.006 p < 0.001 glucose oxidation, to gluconate. The lat- 7.83 ± 0.67 9.62 ± 0.71 7.76 ± 0.49 8.43 ± 0.38 p = 0.074 p = n.s. ᭿4 Effect of orally applied Bifidobacterium 5.39 ± 0.60 6.05 ± 0.63 4.38 ± 0.43 5.92 ± 0.34 lactis Bb12 on clinical and microbiological p = n.s. p = 0.007 parameters in preterm infants. Infants were randomized as to birth weight, pregnancy week at birth, sex, umbilical- cord blood pH, and clinical condition. 50

᭿5 Proteins expressed differently by E. coli in response to the gut environment and their role in the bacterial metabolism

ter is subsequently fed into the Entner- Doudoroff pathway and thereby sal- vaged for bacterial energy production. We also observed differences in the protein expression pattern between fecal and cecal E. coli, the former being representative of the distal colon. The higher expression of aldose-1- epimerase (3.2-fold) and glyceralde- hyde-3-phosphate dehydrogenase (2- fold) in cecal E. coli compared to fecal E. coli (Fig. ᭿5 ) suggests a better supply of galactose in the cecum than in the distal colon. The higher expression of transaldolase B (2.3-fold) and rhamnulose-1-phosphate aldolase (8-fold) by fecal E. coli compared to cecal E. coli indicates the increased utilization of ribose and/or rhamnulose in the colon compared with the cecum. Moreover, E. coli ᭿5 Im Verdauungstrakt durch E. coli differentiell exprimierte Proteine und ihre Rolle im bakte - expresses an isoform of the high-affin- riellen Stoffwechsel. ity D-glucose/ D-galactose binding protein more strongly in feces than in cecal strikten Regu lation. Im Gegensatz hierzu distalen Kolon. Eine verstärkte Expression contents (7.6-fold), which indicates an deuten unsere Proteinexpressionsana - der beiden Enzyme Transaldolase B increased need for high-efficiency lysen an, dass E. coli im Darm der Maus (2,3-fach) und Rhamnulose-1-Phosphat- uptake systems to recover substrates, ein breites Spektrum unterschiedlicher Aldolase (8-fach) lässt darauf schließen, including glucose and galactose whose Substrate gleichzeitig nutzt. So wird z.B. dass die E. coli-Bakterien im Kolon vergli- concentrations decrease along the die Tar tro nat-Semialdehyd-Reduktase, ein chen mit den caecalen Mikroorganismen intestinal tract. E. coli expresses aspar- Enzym des D-Galactarat/D-Glucarat- verstärkt Ribose bzw. Rhamnulose nutzen. tate-aminotransferase and aspartase Weges, in vivo 58-fach stärker exprimiert Weiterhin exprimiert E. coli eine Isoform in the feces but not in the cecum. These als in vitro (Abb. ᭿5 ). Galactarat kommt in des hoch affinen D-Glucose/D-Galactose- enzymes facilitate the gluconeogenic verschiedenen Früchten vor und ist als Bindeproteins. Diese ist in den Fäzes use of aspartate or asparagine for ana- Bestand teil des Mäusefutters im Caecum 7,6-fach höher konzentriert als in den bolic needs. Our results demonstrate verfügbar. Ein weiteres Beispiel für die Caecuminhalten – ein Hinweis auf einen E. coli’s ability to adapt to the conditions Fähigkeit von E. coli, sich an den Intesti- erhöhten Bedarf der fäkalen Bakterien prevailing in the various sections of the naltrakt anzupassen, stellt die unter In- an hoch effizienten Transportsystemen, intestinal tract. vivo-Bedin gungen 16-fach erhöhte Ex- welche die Aufnahme von Substraten wie pression der 2-Ketogluconat-Reduktase Glucose und Galactose ermöglichen, dar. Diese reduziert Ketogluconat, ein denn die Konzentration der beiden Zucker Produkt der unvollständigen Glucose oxi- nimmt entlang des Intestinaltraktes ab. dation, zu Gluconat. Letzteres wird in den Zudem exprimierte E. coli die Aspartat- Entner-Doudoroff-Weg eingeschleust, wo Aminotransferase und die Aspartase es für die bakterielle Energiegewinnung zwar in den Fäzes, aber nicht im Caecum. genutzt wird. Diese Enzyme ermöglichen die Nutzung Weitere Unterschiede in der Protein- von Aspartat oder Asparagin für die expression beobachteten wir zwischen Gluconeogenese. E. coli-Zellen, die wir aus dem Caecum iso- Zusammengefasst zeigen un sere Er- lierten und E. coli-Zellen, die aus den Fäzes gebnisse die Fähigkeit von E. coli, sich an der selben Maus stammten. Dabei reprä- die unterschiedlichen Bedin gungen in sentieren die Fäzes die Bedingungen im den einzelnen Abschnitten des Verdau - distalen Kolon. Im Vergleich zu den ungstraktes anzupassen. Bakterien in den Fäzes exprimierten die Bakterien im Caecum größere Mengen der Enzyme Aldose-1-Epimerase (3,2-fach) Technische Mitarbeiterinnen: und Glycerinaldehyd-3-Phosphat-De hy - Bärbel Gruhl dro genase (2-fach) (Abb. ᭿5 ). Dies deutet Anke Gühler darauf hin, dass die Bakterien im Caecum Sabine Schmidt besser mit Galactose versorgt sind als im Marion Urbich 51

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/Original Papers Heimesaat, M.M., Fischer, A., Siegmund, B., Impact of intestinal bacteria on the ana- Alpert, C., Sczesny, S., Gruhl, B., Blaut, M.: Kupz, A., Niebergall, J., Fuchs, D., Jahn, H.K., tomy and physiology of the intestinal Long-term stability of the human gut Freudenberg, M., Loddenkemper, C., tract in the PRM/Alf mouse model microbiota in two different rat strains. Batra, A., Lehr, H.A., Liesenfeld, O., Blaut, M., Finanzierung: DFG Curr. Issues Mol. Biol. 10, 17–24 (2008). Göbel, U.B., Schumann, R.R., Bereswill, S.: Laufzeit: 01.12.2008 – 30.11.2011 Shift towards pro-inflammatory intes- Blaut, M., Clavel, T.: Metabolic diversity of tinal bacteria aggravates acute murine Anpassungsmechanismen kommensa - the intestinal microbiota: implications for colitis via Toll-like receptors 2 and 4. PLoS ler Darmbakterien an Ernährungs- und health and disease. J. Nutr. 137, 751S– ONE 2, e662 (2007). Wirtsfaktoren im Intestinaltrakt 755S (2007). Finanzierung: DFG Hrdina, J., Banning, A., Kipp, A., Loh, G., Laufzeit: 01.08.2008 – 31.07.2011 Clavel, T., Lippman, R., Gavini, F., Doré, J., Blaut, M., Brigelius-Flohé, R.: The gas- Blaut, M.: Clostridium saccharogumia sp. trointestinal microbiota affects the sele- The role of human gut bacteria in bio- nov. and Lactonifactor longoviformis gen. nium status and selenoprotein expression activation of polyphenolic isoflavones nov., sp. nov., two novel human faecal bac- in mice. J. Nutr. Biochem., (Epub ahead of and pyranoanthocyanins teria involved in the conversion of the print) (2008). Finanzierung: DFG dietary phytoestrogen secoisolariciresi - Laufzeit: 01.09.2006 – 31.08.2009 nol diglucoside. Syst. Appl. Microbiol. 30, Loh, G., Brodziak, F., Blaut, M.: The Toll-like 16–26 (2007). receptors TLR2 and TLR4 do not affect the Die Rolle wirtsspezifischer Faktoren bei intestinal microbiota composition in der Entwicklung einer tierindivi duellen Funk, C., Braune, A., Grabber, J.H., mice. Environ. Microbiol. 10, 709–715 intestinalen Mikrobiota bei Mono- Steinhart, H., Bunzel, M.: Moderate feru- (2008). gastriden late and diferulate levels do not impede Finanzierung: DFG maize cell wall degradation by human Matthies, A., Clavel, T., Gütschow, M., Laufzeit: 01.09.2005 – 31.08.2008 intestinal microbiota. J. Agric. Food Chem. Engst, W., Haller, D., Blaut, M., Braune, A.: 55, 2418–2423 (2007). Conversion of daidzein and genistein by an Analyse definierter intestinaler Mikro- anaerobic bacterium newly isolated from floren und ihrer Interaktionen mit der Gniechwitz, D., Brueckel, B., Reichardt, N., mouse intestine. Appl. Environ. Microbiol. Mukosa gnotobiotischer Mäuse in Blaut, M., Steinhart, H., Bunzel, M.: Coffee 74, 4847–4452 (2008). Abhängigkeit der TLR/NOD-Genfamilie dietary fiber contents and structural char- Finanzierung: DFG acteristics as influenced by coffee type and Mohan, R., Koebnick, C., Schildt, J., Laufzeit: 01.07.2003 – 30.06.2007 technological and brewing procedures. J. Mueller, M., Radke, M., Blaut, M.: Effects of Agric. Food Chem. 55, 11027–11034 Bifidobacterium lactis Bb12 supplementa- Procyanidine – Vom besseren Verständ - (2007). tion on body weight, fecal pH, acetate, lac- nis der Wirkung zur Entwicklung funk- tate, calprotectin and IgA in preterm tioneller Lebensmittel, TP: Inter aktio nen Gniechwitz, D., Reichardt, N., Blaut, M., infants. Pediatr. Res. 64, 418–422 (2008). von Procyanidinen und Darmbakterien Steinhart, H., Bunzel, M.: Dietary fiber from des Menschen coffee beverage: degradation by human Namsolleck, P., Mohan, R., Koebnick, C., Finanzierung: BMBF fecal microbiota. J. Agric. Food Chem. 55, Blaut, M.: Centrifugation of bacterial cells Laufzeit: 01.08.2006 – 31.07.2009 6989–6996 (2007). on slide surface improves the spatial distribution, cell recovery and reduces the Untersuchung der mikrobiellen Abbau- Gniechwitz, D., Reichardt, N., Meiss, E., time of enumeration for fluorescence in barkeit höhermolekularer Kaffee mela- Ralph, J., Steinhart, H., Blaut, M., Bunzel, situ hybridization. J. Microsc. 227, 8–14 noidine M.: Characterization and fermentability of (2007). Finanzierung: Forschungskreis der Er- an ethanol soluble high molecular weight nährungsindustrie e.V. coffee fraction. J. Agric. Food Chem. 56, Reichardt, N., Gniechwitz, D., Steinhart, H., Laufzeit: 01.10.2004 – 28.02.2007 5960–5969 (2008). Bunzel, M., Blaut, M.: Characterization of high molecular weight coffee fractions Analysis of gut microbiota in healthy Heimesaat, M.M., Fischer, A., Jahn, H.K., and their fermentation by human intes- newborn infants fed with infant for- Niebergall, J., Freudenberg, M., Blaut, M., tinal microbiota. Mol. Nutr. Food Res. 53, mulas containing synbiotics (fecal Liesenfeld, O., Schumann, R.R., Göbel, U.B., 287–299 (2008). samples collected in Poland) Bereswill, S.: Exacerbation of murine Finanzierung: Nestec Ltd. (Nestlé), ileitis by Toll-like receptor 4 mediated Schweiz sensing of lipopolysaccharide from com- Laufzeit: 01.12.2007 – 30.11.2010 mensal Escherichia coli. Gut 56, 941–948 (2007). Microbiological investigation of breast milk samples Finanzierung: Nestec Ltd. (Nestlé), Schweiz Laufzeit: 01.04.2007 – 31.12.2008 Nachwuchsgruppe Mikrobiota-Wirt-Interaktionen 52 Leitung: Dr. Gunnar Loh Junior Research Group Microbiota–Host–Interaction Head: Dr. Gunnar Loh

The Junior Research Group Microbiota– Die Nachwuchsgruppe Mikrobiota-Wirt- systems aus. Immunreaktionen könnten Host–Interaction, established in 2006, Interaktionen wurde im Juli 2006 etabliert. dazu führen, dass sich die erkannten investigates the impact of intestinal Sie untersucht die Rolle von Darm bakte- Bakterien nicht dauerhaft im Darm ansie- bacteria on chronic gut inflammation. rien bei der Entstehung und Verhütung deln. Nach der Assoziation keimfreier, We also aim to identify host- chronisch-entzündlicher Darmerkran kun - TLR2/4-defizienter Mäuse mit der intesti- specific factors responsible for develop- gen (CED). Darüber hinaus sucht sie nach nalen Mikrobiota einer einzelnen konven- ment of individual intestinal micro- Wirtsfaktoren, die einen entscheidenden tionellen Maus konnten wir im Vergleich biota composition. Einfluss auf die Zusammen set zung der zu entsprechenden Wildtyp-Kontroll tie- intestinalen Mikrobiota ausüben. ren jedoch keine Unterschiede in der Zusam mensetzung der Mikrobiota fest- Host-specific microbiota stellen. Dagegen stellten wir bei Tieren Entwicklung einer individuellen verschiedener Inzuchtstämme unter- We hypothesized that the Toll-like intestinalen Mikrobiota schiedliche Besiedlungsmuster fest. Wir receptors (TLR) 2 and 4 influence gut Frances Brodziak schließen daraus, dass andere Wirts- microbiota composition. These recep- faktoren als TLR2 und TLR4 einen Einfluss tors recognize components of Gram- Wirtsspezifische Faktoren tragen dazu auf die mikrobielle Besiedlung des Darms positive or -negative bacteria and the bei, dass die intestinale Mikrobiota des ausüben. Um solche Faktoren zu identifi- innate immune system may respond by Menschen individuell zusammengesetzt zieren, untersuchen wir gegenwärtig die excluding these bacteria from the gut. ist. Daher vermuteten wir, dass be- Gen- und Proteinexpression in der Darm- After association of germ-free TLR2/4 stimmte Komponenten des Immun- wand von Mäusen mit unterschiedlicher double knockout and respective wild- systems, die Toll like-Rezeptoren TLR2 und bakterieller Besiedlung. type mice with intestinal microbiota of TLR4, für die Zusammensetzung der a conventional mouse, the microbiota Mikrobiota eine wichtige Rolle spielen. composition of the animals did not dif- Diese Rezeptoren erkennen Bestandteile Chronisch-entzündliche fer. In contrast, ex-germ-free mice from Gram-positiver (TLR2) bzw. Gram-negati- Darmerkrankungen various inbred strains differed in bacte- ver Bakterien (TLR4) und lösen daraufhin Steffen Wohlgemuth rial colonization after association with eine Antwort des angeborenen Immun- identical microbiota, indicating that Chronisch-entzündliche Darmerkrankun - genetic factors other than TLR2/4 may gen (CED) sind mit einem hohen Leidens- govern bacterial colonization of the druck verbunden und erhöhen zudem gut. To identify such factors, we are das Risiko, an Darmkrebs zu erkranken. examining gene and protein expression Gestörte Interaktionen zwischen dem in gut epithelium of mice with different Immunsystem des Wirtes und der intesti- bacterial colonization patterns. nalen Mikrobiota tragen zur Entstehung der CED bei, die dabei beteiligten Mecha- nismen sind jedoch nicht ausreichend Chronic gut inflammation geklärt. In einem Mausmodell für chronische Colitis (Interleukin-10-defiziente Impaired host-microbe interactions Mäuse, IL-10–/–) beobachteten wir im contribute to onset of chronic colitis but Vergleich zu den gesunden Kontrolltieren underlying mechanisms have not yet des Wildtyps eine stark reduzierte Diver- been elucidated. In a mouse model for sität der intestinalen Mikrobiota. Die chronic colitis we observed a reduced reduzierte Diversität war mit einer deut- ᭿1 Das Auftreten einer Darmentzündung bei gut microbiota diversity accompanied IL-10-defizienten Mäusen ist ab der achten lichen Zellzahlerhöhung von Escherichia ᭿ by much higher Eschericha coli cell Lebens woche im Vergleich zu gesunden Tieren coli verbunden (Abb. 1 ). Dabei repräsen- numbers in the inflammed gut (Fig. ᭿1 ). (wild-type) von einer deutlichen Zunahme der tierte ein einzelner E. coli-Stamm, welcher We identified one single E. coli strain Zellzahlen intestinaler E. coli begleitet. mit einer großen Zahl an Virulenzgenen representing the total E. coli population ***: Unterschiede sind auf dem Niveau ausgestattet ist, die gesamte E. coli- Յ with a high number of virulence genes p 0,001 signifikant (Student‘s t-test) Population. Durch Asso ziation keimfreier in its genome. This strain is highly Tiere mit verschiedenen E. coli-Stämmen adapted to the murine intestine. We are wiesen wir nach, dass dieser Stamm exploring the impact of the virulence besonders gut an den Darm adaptiert ist. genes on gut colonization and inflam- Gegenwärtig untersuchen wir die Rolle mation. der nachgewiesenen Viru lenzgene bei der Kolonisierung des Darms und vor ᭿1 Onset of gut inflammation in 8-week-old allem bei der Entstehung von chroni- IL-10 knockout mice was accompanied by a schen Darmentzündungen. high rise in intestinal E. coli numbers compared to wild-type mice. ***: significant differences at level p Յ 0.001 (Student‘s t-test)

᭿2 In vitro culture of E. coli isolated from ᭿2 E. coli-In-vitro-Kultur, isoliert aus Mäusen colitic mice (Gram staining). mit chronischer Colitis (Gram-Färbung). 53

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/Original Papers Die Rolle wirtsspezifischer Faktoren bei Alpert, C., Scheel, J., Engst, W., Loh, G., Blaut, der Entwicklung einer tierindividuellen M.: Adaptation of protein expression by intestinalen Mikrobiota bei Mono- Escherichia coli in the gastrointestinal gastriden tract of gnotobiotic mice. Environ. Finanzierung: DFG Microbiol. (Epub ahead of print) (2008). Laufzeit: 01.09.2005 – 31.08.2008

Hoermannsperger, G., Clavel, T., Reiff, C., Impact of intestinal bacteria on the Loh, G., Blaut, M., Kelly, D., Hoffmann, H., anatomy and physiology of the intesti- Hoelzlwimmer, G., Haller, D.: Probiotic nal tract in the PRM/Alf mouse model inhibition of IP-10 in intestinal epithelial Finanzierung: DFG cells under chronic inflammation. PloS Laufzeit: 01.12.2008 – 30.11.2011 ONE, in press.

Hrdina, J., Banning, A., Kipp, A., Loh, G., Blaut, M., Brigelius-Flohé, R.: The gastrointestinal microbiota affects the selenium status and selenoprotein expression in mice. J. Nutr. Biochem. (Epub ahead of print) (2008).

Loh, G., Brodziak, F., Blaut, M.: The Toll-like receptors TLR2 and TLR4 do not affect the intestinal microbiota composition in mice. Environ. Microbiol. 10, 709–715 (2008).

Wohlgemuth, S., Haller, D., Blaut, M., Loh, G.: Reduced microbial diversity and high numbers of one single E. coli strain in the intestine of colitic mice. Environ. Microbiol., in press. Abteilung Biochemie der Mikronährstoffe 54 Leitung: Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohé

Department Biochemistry of Micronutrients Head: Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohé

Summary A link between inflamma- Zusammenfassung Sowohl Bevölke rungs- Unklarheit herrscht. Bei der Suche nach tion and cancer development is evident studien als auch experimentelle Unter- Genen, die durch Vitamin E reguliert wer- from epidemiologic studies and ex - suchungen an genetisch veränderten den, haben wir solche identifiziert, die den periments with laboratory animals. Labormäusen belegen einen Zusam men- Bauplan für Membran- und Transportpro - Therefore, inhibition of inflammation is hang zwischen dem Auftreten von chro- teine beinhalten. Deshalb soll die Rolle von now included in cancer prevention. Part nischen Entzündungen und der Krebs- Vitamin E bei Membranvorgängen vor- of the strategy is to improve endoge- entstehung. Deshalb wird eine Entzün- rangig untersucht werden. nous defense systems. These include dungshemmung in die Krebsprävention phase II enzymes that are induced by mit einbezogen. Zu den Strategien gehört food components such as glucosino- auch, die körpereigenen Abwehrsysteme lates from, e.g., mustard/cabbage zu verbessern, zu denen so genannte Entzündung und Kanzerogenese plants (Brassicaceae) (Fig. ᭿1 ). Induced Phase II Enzyme zählen. Diese können Molekulare Mechanismen protektiver enzymes comprise glutathione peroxi- durch bestimmte Nahrungs inhaltsstoffe Nahrungsinhaltsstoffe dase 2 (GPx2), an anti-inflammatory wie beispielsweise Glucosinolate aus Antje Banning, Eva-Maria Göken, Anna Kipp, selenoprotein on which the depart- Kreuzblütlern (Brassicaceae ) (Abb. ᭿1 ) Susanne Krehl, Maria Löwinger, ment’s research focuses. induziert werden. Zu den induzier ten Stephanie Schmitmeier Low selenium levels are associated Enzymen gehört auch die Glutathion - with an increased cancer risk, so the peroxidase-2 (GPx2), die als Seleno pro tein Selen ist einer der wenigen Mikro nähr - contribution of GPx2 to the prevention und möglicherweise anti-inflammatori- stoffe, für die ein antikanzerogener Effekt of cancer in relation to selenium and for- sches Enzym im Mittel punktder Unter - in einer großen, Placebo-kontrollierten mation of phase II enzymes is being suchungen unserer Abtei lung steht. klinischen Studie nachgewiesen wurde. tested. Preliminary findings with cell Ein niedriger Selenstatus ist mit einem Zudem ist seit langem bekannt, dass ein and animal models suggest that a erhöhten Krebsrisiko verbunden. Daher niedriger Selenstatus die Krebsent- bene ficial effect of increased GPx2 untersuchen wir, inwieweit die GPx2 dazu stehung begünstigt. Allerdings werden expression as well as selenium supple- beiträgt, dass Selen und eine Induktion nicht alle Krebsarten in gleicher Weise mentation may depend on the stage of von Phase II Enzymen eine Krebsent- durch Selen beeinflusst, zudem wurde tumor growth. stehung verhindern können. Hierzu ver- sogar von krebsfördernden Befunden Apart from selenium, our interest wenden wir sowohl zelluläre Testsysteme berichtet. Somit ist eine Selensupple- focuses on vitamin E, whose physiolog- als auch Tiermodelle. Wie unsere bisheri- mentierung nicht bei allen Krebstypen ical function is still not clear. The iden- gen Ergebnisse annehmen lassen, hängt hilfreich und möglicherweise auch abhän- tification of vitamin E-regulated trans- es vom Stadium der Krebsentwicklung ab, gig vom Krebsstadium. Die zugrunde port proteins should help to elucidate ob sich eine GPx2-Erhöhung sowie eine liegenden Mechanismen einer antikan- the role of vitamin E in cell membranes. Selen-Supplementierung positiv auswir- zerogenen Funktion von Selen sind nur ken können oder nicht. ansatzweise untersucht. Im Menschen Neben Selen steht weiterhin Vitamin E übt Selen seine physiologische Wirkung Inflammation and cancer im Fokus unseres Interesses, über dessen als Selenocystein im aktiven Zentrum von Molecular mechanisms of protective physiologische Funktion nach wie vor 25 Selenoproteinen aus, von denen oft nur dietary factors

Selenium is one of few micronutrients for which there is evidence of an anti- cancerogenic effect. Selenium may not help prevent all types of cancer and its effects may depend on the cancer stage. Mechanisms underlying an anti- cancerogenic function of selenium are only rudimentarily understood. In humans, selenium exerts its physiological function as selenocysteine in the active center of 25 selenoproteins of which often only the gene sequence is known. Therefore, it is hard to predict effects of selenium as long as the function of all selenoproteins is not known. Five of the by now eight members of the family of glutathione peroxidases are selenoproteins: GPx1 to GPx4 and GPx6, again with in part unknown functions. GPx2, the gastrointestinal form of GPxs, is up-regulated in various

᭿1 Gefrorener Rosenkohl. Rosenkohl ist eine Gemüsepflanze aus der Familie der Kreuzblüten - ᭿1 Frozen Brussels sprouts (Brassicaceae). gewächsler (Brassicaceae). 55

die Gensequenz bekannt ist. Deshalb ist es einer Kanzerogenese entgegen zu wirken cancer types of epithelial origin. unmöglich, Seleneffekte vorherzusagen, oder sie zu unterstützen, ist unklar. Beide Whether up-regulation is an attempt to solange nicht die Funktion aller Seleno- Möglichkeiten werden durch einschlä- counteract or to support tumorgenesis proteine aufgeklärt ist. gige Befunde unterstützt. Die gpx2- is far from clear. Both hypotheses are Fünf der inzwischen acht Mitglieder der knockout-Mäuse sind sensitiver gegen- supported by circumstantial evidence. Familie der Glutathionperoxidasen (GPx) über UV-induziertem Hautkrebs. Unsere The gpx2 knockdown mice are more sind Selenoproteine: GPx1-GPx4 und eigenen Untersuchungen identifizierten susceptible to UV-induced skin cancer GPx6. Bislang sind ihre Funktionen nur die GPx2 als Zielgen von Aktivatoren des development. Our own investigations zum Teil bekannt. Die Expression der Trans kriptionsfaktors Nrf2. Zu diesen identified GPx2 as target for activators GPx2, der gastrointestinalen Form der gehören auch die beiden sekundären of the Nrf2 transcription factor such as Glutathionperoxidasen, ist in vielen Pflanzenstoffe Sulforaphan und Curcu- sulforaphane or curcumin. These com- Krebszellen epithelialen Ursprungs er- min, die Phase II Enzyme induzieren und pounds induce phase II enzymes and are höht. Ob dies als Versuch zu verstehen ist, generell als Krebs-verhindernd einge- generally considered to be protective. Both observations point to a protective function of GPx2. In contrast, GPx2 is induced by ⌬Np63, a transcription factor needed for cell proliferation, and repressed by a block in the Wnt pathway, which regulates the self-renewal of the intestinal mucosa. Accordingly, GPx2 would appear to support proliferation and therefore could facilitate tumor growth. To better understand the role of GPx2 in carcinogenesis, its expression was stably knocked down in human adenocarcinoma cells (HT-29) by means of siRNA (siGPx2). In these cells,

COX-2 and microsomal prostaglandin E2 synthase (mPGES) expression was dramatically enhanced, as was the production of pro-inflammatory and pro-

carcinogenic PGE2. The ability of siGPx2 clones to migrate and invade was significantly higher than that of control cells (Fig. ᭿2 ). Both events were reversed by celecoxib, a specific COX-2 inhibitor. In contrast, growth of siGPx2 clones in

᭿2 Inhibition of COX-2-mediated migration and invasion of human colorectal cancer cells by GPx2. HT-29 cells were stably transfected with an irrelevant siRNA (Kontrolle) or with a GPx2- specific siRNA (siGPx2). (A) Migration in a wound healing assay. A wound was set into a monolayer by scraping with a pipette tip. Thereafter, cells were incubated with 10 μM celecoxib (Cxb). DMSO served as ᭿2 GPx2 hemmt die Cyclooxygenase-2-vermittelte Migration und Invasion von humanen solvent control. After 72h the wound was kolorektalen Tumorzellen (HT-29-Zellen). closed by 50 % in controls but almost HT-29-Zellen wurden mit einer unspezifischen siRNA (Kontrolle) oder mit einer GPx2-spezifi - completely in siGPx2 cells, which was schen siRNA (siGPx2) stabil transfiziert. (A) Migration im Wundheilungs-Test. In den Monolayer prevented by celecoxib. Clearly cells von Kontroll- und siGPx2-Zellen wurde mit einer Pipettenspitze eine „Wunde“ gelegt und mit without GPx2 and a high expression of 10 μM Celecoxib (Cxb)-Lösung inkubiert. DMSO diente als Lösungsmittelkontrolle. In Kontroll - COX-2 are able to migrate, a capability that zellen war die Wunde nach 72 Stunden zu ca. 50 % geschlossen und nicht durch Celecoxib zu is reversed by COX-2 inhibition. (B) Cell beeinflussen. In siGPx2-Zellen dagegen war die Wunde fast völlig geschlossen, was durch invasion in a transwell assay. Control and Celecoxib verhindert wurde. Es ist klar zu sehen, dass Zellen ohne GPx2 aber mit hoher COX-2- siGPx2 cells were loaded onto 24-well Expres sion migrieren können, eine Fähigkeit, die durch eine COX-2-Hemmung wieder aufge - transwells coated with Matrigel that hoben wird. (B) Zellinvasion im Transwell-Test. Kontroll- und siGPx2-Klone wurden auf Einsätze mimics the extracellular matrix. DMSO or für 24-well Platten aufgetragen, die mit einer rekonstituierten Basalmembran (Matrigel) 10 μM celecoxib, respectively, was added beladen waren. Unmittelbar danach wurde DMSO bzw. 10 μM Celecoxib zugegeben. Die nach after loading the cells. Cells migrating to 18 Stunden an die untere Oberfläche des Einsatzes gewanderten Zellen wurden mit Kristall - the lower surface were stained with crystal violett angefärbt und unter einem Mikroskop gezählt. violet and counted under a microscope ***p < 0.001 vs. Kontrollzellen; +++ p < 0.001 vs. DMSO-Kontrolle after 18h. 56

᭿3 GPx2 supports tumor growth in vivo. mit dem T-Zell-Faktor (TCF) proliferations- Pairs of 1 x 106 control and siGPx2 cells fördernde Gene aktiviert. In den meisten were injected s.c. into the right or left hind Kolonkarzinomzellen ist der Wnt-Path way leg of nude mice. Tumors derived from siGPx2 cells were consistently smaller than aufgrund von Mutationen in Schlüssel - those from control cells on the right. genen konstitutiv aktiv. Repor ter gen- analysen mit dem GPx2-Promotor belegen eine deutlich höhere Aktivität des soft agar and in vivo in nude mice Promotors in Zellen mit konstitutiv akti- (Fig. ᭿3 ) decreased significantly. At first vem Wnt-Pathway (Abb. ᭿4 ), die durch glance, the faster growth of control cells Transfektion mit ␤-Catenin/TCF selbst in was surprising but appears to simply ᭿3 GPx2 fördert das Tumorwachstum in vivo. Zellen mit intaktem Wnt-Pathway stimu- reflect the postulated role of GPx2 in the Paare von 1 x 106 Kontroll- und siGPx2-Zellen liert werden konnte. Eine Transfektion mucosal homeostasis. wurden sub cutan in das rechte bzw. linke mit dominant-negativem TCF hemmte GPx2 is preferentially found in the Hinterbein von Nacktmäusen gespritzt. Nach die Promotoraktivität ebenso wie die proliferation zone of intestinal crypts, 3 Wochen wurden die Mäuse getötet, die Transfektion mit dem Wildtyp-Tumor- also where the Wnt pathway regulates Tumore entfernt und gewogen. Das Bild zeigt suppressor Adenomatous polypolis coli eine von 5 repräsentativen Photographien proliferation and differentiation of von Tumoren aus Kontroll- und siGPx2-Zellen, (APC) in Zellen mit mutiertem APC. intestinal epithelial cells. The main sig- die in derselben Maus gewachsen waren. Auch die endogene GPx2-Expression in nal transducer in the Wnt pathway is Tumore, die aus siGPx2-Zellen entstanden, HT-29-Zellen ließ sich durch Transfektion ␤-catenin (Fig. ᭿4 ), which in the nucleus waren immer kleiner als die von Kontrollen. mit Zn2+-induzierbarem APC hemmen heterodimerizes with the T cell factor (Abb. ᭿4 ) und durch stabile Über expres sion (TCF) and activates genes required for des Wnt-Aktivators Wnt3a stimulieren. proliferation. In most colon carcinoma schätzt werden. Beide Beobachtungen Diese war gleichzeitig mit einem Anstieg cells, the Wnt pathway is constitutively sprechen eher für eine Schutzfunktion der der ␤-Catenin-Konzentration im Kern ver- active due to mutations in key enzymes GPx2. Andererseits wird GPx2 von bunden (Abb. ᭿4 ). Somit ist die GPx2 ein of the pathway. Reporter gene analyses ⌬Np63, einem für die Zellproliferation Zielgen für ␤-Catenin und könnte die revealed a significantly higher activity of nötigen Transkriptions faktor, induziert Proliferation einer Zelle mit einem gestör- the GPx2 promoter in cells with a con- und durch das Ausschalten des für die nor- ten Wnt-Pathway fördern. stitutively active Wnt pathway (Fig. ᭿4 ). male Selbsterneuerung des Darmepi - Die Befunde machen klar, wie komplex The promoter activity could be stimu- thels nötigen Wnt-Pathways reprimiert. die Funktionen der GPx2 und wahr- lated by co-transfection with ␤-catenin Demnach wäre GPx2 eher wachstums- scheinlich auch die der anderen Seleno- and TCF, even in cells with an intact Wnt fördernd und könnte ein Tumorwachs tum proteine sowie ihrer Induktoren sein kön- pathway. Transfection with dominant- begünstigen. nen. Ein möglicher präventiver Effekt negative TCF inhibited the GPx2 pro- Um die Funktion der GPx2 in der Kan- dürfte vom Tumorstadium abhängen. In moter as did transfection of intact APC zero genese besser zu verstehen, unter- der Initiationsphase kann GPx2 Oxida- into cells with a mutated APC. The drückten wir in humanen Adenokarzi- tionsschäden verhindern. Die Hemmung endogenous GPx2 expression in HT-29 nom-Zellen (HT-29) dauerhaft ihre der COX-2-Expression und die damit ver- cells was inhibited by transfection Expression mit Hilfe von siRNA (siGPx2). In bundene Hemmung der Synthese von with an intact APC under the control of diesen Zellen war die Expression der pro-kanzerogenem PGE2, liefert eine a Zn2+-inducible promoter (Fig. ᭿4 ). Cyclooxygenase-2 (COX-2) und der mikro- Erklärung für die anti-inflammatorische

Endogenous GPx2 expression was also somalen Prostaglandin E2 (PGE2)-Syn- und damit anti-kanzerogene Wirkung der stimulated by the Wnt activator wnt3a. thase (mPGES) deutlich erhöht, was mit GPx2 in knockout-Modellen. In bereits ␤ Concomitantly, location of -catenin in einer dramatischen Steigerung der PGE2- transformierten Zellen kann sie die COX- the nucleus was enhanced (Fig. ᭿4 ). Produktion verbunden war. siGPx2-Klone 2-vermittelte Migration und Invasion von Thus, GPx2 is a target for ␤-catenin and wiesen im Vergleich zu Kontroll zellen Zellen und somit eine Metastasierung can therefore support the proliferation eine signifikant höhere Migrations- und verhindern. Im etablierten Tumor dagegen of cells with a dysregulated Wnt path- Invasionsfähigkeit (Abb. ᭿2 ) auf, die durch dürfte die GPx2 im Einklang mit ihrer phy- way. den COX-2-Inhibitor Celecoxib rückgängig siologischen Funktion das Tumorwachs- The findings make clear how complex zu machen war. Überraschen der weise tum unterstützen, ein nicht unbedingt the functions of GPx2 and probably war das Wachstum der siGPx2-Klone im anti-kanzerogener Effekt. Wir erwarten, other selenoproteins and their inducers Soft-Agar vermindert, und Tumore aus die- mit Hilfe einer bereits begonnenen might be. A possible preventive effect sen Zellen waren in Nacktmäusen deutlich Studie am Tiermodell Antworten auf viele may depend on the stage of the disease. kleiner als die von Kontrollzellen (Abb. ᭿3 ). dieser Fragen zu bekommen. So soll durch In the cancer initiation phase, GPx2 may Dieser Umstand mag mit der postulierten einen Vergleich mit Wildtyp-Mäusen protect cells from oxidative damage. Rolle der GPx2 in der Mukosa homöostase untersucht werden, inwieweit das Fehlen The counteraction of COX-2 expression zusammenhängen. der GPx2 in gpx2-knockout-Mäusen die and the associated decrease in the Die GPx2 ist bevorzugt in der Pro life- Entzündungs-vermittelte Kanzerogenese

production of pro-carcinogenic PGE2 rationszone der Darmkrypten zu finden, beeinflusst und wie sich eine Induktion provides an explanation for the anti- wo auch der Wnt-Pathway die Prolifera- von Phase II Enzymen durch Sulforaphan inflammatory and, thus, anti-carcino- tion und Differenzierung von intestinalen in beiden Genotypen auswirkt. Der letzte genic effects of GPx2 in knockout Epithelzellen reguliert. Der wichtigste Ansatz wird auch Auskunft über die Aus- models. In cells having reached a trans- Signalvermittler im Wnt-Pathway ist wirkung einer GPx2-Induktion in Wild typ- formed stage, GPx2 can inhibit COX-2- ␤-Catenin (Abb. ᭿4 ), das als Heterodimer Mäusen ge ben. 57

᭿4 (A) In the silent state, ␤-catenin is associated in the so-called degradation complex consisting of axin, the tumor suppressor Adenomatous polypolis coli (APC), and glycogen synthase kinase 3␤ (GSK3␤) (BHK21 cells). Upon phospho - rylation by GSK3␤␤-catenin is degraded via the proteasome. In the active state phosphorylation is prevented and ␤-catenin translocates into the nucleus. Mutations in key genes cause constitutive activity. Possible mutations (indicated by flashs) are the deletion of the ␤-catenin binding site in the APC gene (SW480) or of the phosphorylation site in ␤-catenin (HepG2). Wnt-pathway activity is here demonstrated by means of luciferase reporter gene under the control of the GPx2 promoter. After 48h cells were harvested, luciferase activity was estimated and expressed as relative activity of that measured in BHK21 cells set to 1. (B) Wild type APC inhibits the endogenous expression of GPx2 in HT-29 cells. HT-29 cells, which harbour a mutated APC gene, were stably transfected with an intact APC gene under the control of a Zn2+- dependent promoter. The expression of intact APC led to an almost complete loss of GPx2, indicating that GPx2 expression in HT-29 cells depends on ␤-catenin activation (left: representative Western blot, right: densitometric quantification of 3 Western blots). (C) Wnt signals enhance the endogenous expression of GPx2 and the concentration of ␤-catenin in the nucleus of 3T3 fibroblasts. The nuclear content of ␤-catenin is measured in 3T3 fibroblasts stably transfected with Wnt3a, an activator of the Wnt pathway (left: Western blot of nuclear ␤-catenin). Simultaneously, the GPx2 RNA is distinctly enhanced (right: ␤-actin normalized GPx2 RNA level in relation to the level of 3T3 wild type cells, as measured by real time PCR).

mediated cell migration and invasion. In ᭿4 GPx2 und der Wnt-Pathway. the established tumor, however, GPx2 in Im inaktiven Zustand befindet sich ␤-Catenin im sogenannten Degradationskomplex aus Axin, accordance with its physiological func- dem Tumorsuppressor Adenomatous polypolis coli (APC) und der Glycogensynthasekinase 3␤ tion might adopt the role of a survival (GSK3␤) (BHK21-Zellen). Phosphorylierung von ␤-Catenin durch GSK3␤ führt zu seinem Abbau factor for cancer cells. We expect to get ␤ ␤ über das Proteasom. Im aktivierten Wnt-Pathway wird GSK3 inaktiviert, -Catenin wird nicht answers to many of these questions abgebaut und wandert in den Kern. Mutationen in bestimmten Schlüssel genen (durch Blitze from the animal study addressing the markiert) verursachen eine konstitutive Aktivierung. Möglich sind Mutatio nen im APC-Gen (SW480), die zu einem Verlust der ␤-Catenin-Bindestelle führen, oder eine Deletion der influence of the selenium status, of Phosphorylierungsstelle im ␤-Catenin (HepG2). GPx2 expression and its possible induc- (A) GPx2-Promotoraktivität in Zellen mit unterschiedlichem Aktivitätszustand des Wnt-Pathways. tion by sulforaphane, as well as the BHK21-, SW480- und HepG2-Zellen wurden transient mit einem Luciferasereporter gen unter induction of phase II enzymes on Kontrolle des GPx2-Promotors transfiziert. Nach 48 Stunden wurden die Zellen geerntet, die inflammation-triggered carcinogene- Luciferaseaktivität bestimmt und als relative Aktivität zu derjenigen von BHK21-Zellen ausgedrückt. sis in wild type and gpx2 knockout mice. (B) Intaktes APC hemmt die endogene Expression von GPx2 in HT-29-Zellen. HT-29-Zellen, in denen das APC Gen mutiert ist, wurden stabil mit intaktem APC unter der Kontrolle eines Zn2+- abhängigen Promotors (HT-29 APC) transfiziert und in Gegenwart von 50 nM Selenit 24 Stun - den mit und ohne 150 μM Zn2+ inkubiert. Die Expression des intakten APC führte zu einem fast Novel functions of vitamin E völligen Verlust der GPx2, was zeigt, dass die hohe Expression von GPx2 in HT-29-Kontroll zellen auf der Aktivierung von ␤-Catenin basiert (links: repräsentativer Western Blot für GPx2, rechts: More than 80 years after its discovery by densitometrische Quantifizierung von 3 Western Blots). (C) Wnt-Signale erhöhen die endogene Evans and Bishop, the reason for the Expression von GPx2 und die Konzentration von ␤-Catenin im Kern von 3T3-Fibro blasten. Stabil mit Wnt3a, einem Aktivator des Wnt-Pathways, transfizierte 3T3-Fibroblasten weisen im Ver - essentiality of vitamin E has not been gleich zu Wildtyp-Zellen eine erhöhte Konzentration von ␤-Catenin im Kern auf (links: Western clarified. Vitamin E is the only vitamin Blot von nukleärem ␤-Catenin). Gleichzeitig ist die RNA der GPx2 deutlich erhöht (rechts: auf for which the molecular mechanism of ␤-Aktin normalisierter GPx2-RNA-Gehalt in Relation zum Gehalt in 3T3-Wildtyp-Zellen). action remains mostly unknown. Its 58

᭿5 ␣-Tocopherol shifts the localisation of the lipid raft marker ganglioside GM1. RBL-2H3 cells were incubated with 100 μM RRR-␣-tocopherol or vehicle control for 24h, solubilized in 1% Triton X-100, and fractionated on a discontinuous sucrose density gradient. Equal volumes were dot blotted on nitrocellulose membrane, GM1 labelled with HRP-conjugated cholera toxin, and visualized by chemilumine s - cence. The distribution of GM1 is plotted as percentage of total in the gradient. Fractions 4–8 represent lipid rafts.

᭿5 ␣-Tocopherol verschiebt die Verteilung des Lipid rafts-Markers Gangliosid GM1. ␣ importance as antioxidant in vivo is RBL-2H3-Zellen wurden 24 Stunden mit RRR- -Tocopherol oder Vehikel-Kontrolle inkubiert, in highly disputed since convincing evi- 1% Triton X-100 solubilisiert und über einen diskontinuierlichen Sucrose Dichtegradienten fraktioniert. Jeweils gleiche Volumina der einzelnen Fraktionen wurden auf eine Nitrozellulose - dence does not exist. Also, the enthusi- membran geblottet, GM1 mit HRP-konjugiertem Cholera Toxin markiert und über Chemo - asm for a gene regulatory function has lumineszens sichtbar gemacht. Die Verteilung von GM1 ist als Prozent des Gesamtgehaltes declined, since a common denominator angegeben. Fraktionen 4–8 stellen lipid rafts dar. is lacking that would explain the regulation of the many genes found in micro arrays affected by vitamin E. Neue Funktionen von Vitamin E ist. Als lipophiles Vitamin wird Vitamin E Especially, a nuclear receptor as that for Ramona Bahtz, Anja Boßecker, Sandra Nell, in Membranen eingebaut und beein- vitamin A and D has not been detected Ina Ott, Sara Schumann flusst dort deren Stabilität und Fluidität. for vitamin E. Own studies on the gene Wir haben deshalb untersucht, ob regulatory function of vitamin E (␣-toco- Auch mehr als 80 Jahre nach seiner Ent- Vitamin E in einer bestimmten Art von pherol) revealed a cluster of genes deckung durch Evans und Bishop ist der Mikrodomänen, so genannten lipid rafts, encoding proteins of the cellular (vesic- Grund für die Essentialität von Vitamin E vorhanden ist oder deren Bildung beein- ular) transport. Those enzymes whose nicht geklärt. Somit ist es das einzige trächtigen kann. Erste Untersuchungen activities have been described to be Vitamin, dessen molekularer Wirkmecha- weisen auf einen Einbau von ␣-Toco- influenced by vitamin E are mainly nis mus weitgehend unbekannt ist. Seine pherol in diese rafts sowie auf eine durch membrane-bound or have to be Bedeutung als Antioxidans in vivo ist hef- ␣-Tocopherol bedingte Umverteilung des recruited to the membrane. Some of tig umstritten, da einschlägige Beweise lipid raft-Markers GM1 hin (Abb. ᭿5 ). Die them are known to build complexes hierfür fehlen. Auch die Euphorie über eine Befunde erhielten wir, indem wir RBL-2H3- with other proteins localized in certain genregulatorische Funktion hat sich Zellen (eine Mastzelllinie der Ratte) membrane domains. As a lipophilic gelegt. Microarray-Analysen weisen zwar analysierten, in denen wir bereits eine molecule, vitamin E is incorporated into darauf hin, dass Vitamin E sehr viele Gene Erhöhung der Degranulation durch ␣- membranes where it influences stabil- reguliert, ein Mechanismus, über den alle Tocopherol beschrieben hatten. Nach den ity and fluidity. It was therefore investi- Gene gleichsam reguliert werden können, Ergebnissen anderer Studien soll die gated whether vitamin E is present in hat sich jedoch nicht herauskristallisiert. Degranulation über lipid rafts verlaufen so-called lipid raft domains, or may Insbesondere wurde kein nukleärer und vesicle-associated membrane protein influence their assembly. Preliminary Rezeptor gefunden, wie er beispielsweise 2 (Vamp2), synaptosomal-associated pro- results show an incorporation of ␣- für Vitamin A und D existiert. In eigenen tein 23 (SNAP23) und Syntaxin 4 erfordern, tocopherol into these rafts and a redis- Untersuchungen zur genregulatorischen alles Mitglieder von Transportprotein- tribution of raft markers by ␣-toco- Funktion von Vitamin E (␣-Tocopherol) familien, von denen einige durch ␣-Toco- pherol. These observations were made beobachteten wir, dass Vitamin E eine pherol reguliert werden. Ob die Regulation with RBL-2H3 cells in which we Vielzahl von Genen reguliert, die für von Membran- und zellulären Trans port- observed a stimulation of degranulation Proteine des zellulären (vesikulären) prozessen die physiologische Funktion by ␣-tocopherol. The degranulation has Trans portes kodieren. Andere Unter- von Vitamin E darstellt, bleibt abzuwarten. been shown to occur via lipid rafts and suchungen belegen einen Einfluss von to require vesicle-associated mem- Vitamin E auf die Aktivität von Mem - brane protein 2 (Vamp2), synaptoso- branenzymen oder Enzymen, die an die mal-associated protein 23 (SNAP23) Membran rekrutiert werden. Von einigen Technische Mitarbeiter/innen and syntaxin4, all members of transport ist bekannt, dass sie mit anderen Pro- Jörg-Uwe Bittner protein families of which some are reg- teinen einen Enzymkomplex bilden, der in Stefanie Deubel ulated by ␣-tocopherol. The mystery of bestimmten Mikrodomänen lokalisiert Elvira Krohn the essentiality of vitamin E still awaits its disclosure. 59

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/Original Papers Nell, S., Bahtz, R., Boßecker, A., Kipp, A., Synergien von Selen und Sulforaphan in Banning, A., Florian, S., Deubel, S., Thal- Landes, N., Bumke-Vogt, C., Halligan, E., der Prävention der Kolonkanzerogenese mann, S., Müller-Schmehl, K., Jacobasch, Lunec, J., Brigelius-Flohé, R.: PCR-verified durch Induktion der gastrointestinalen G., Brigelius-Flohé, R.: GPx2 counteracts microarray analysis and functional in Glutathionperoxidase PGE2 production by dampening COX-2 vitro studies indicate a role of alpha-toco- Finanzierung: DFG and mPGES-1 expression in human colon pherol in vesicular transport. Free Radic. Laufzeit: 01.07.2007 – 30.06.2010 cancer cells. Antioxid. Redox. Signal. 10, Res. 41, 930–942 (2007). 1491–1500 (2008). Regulation of the tissue-specific expression of individual gluthatione per- Banning, A., Kipp, A., Schmittmeier, S., Übersichtsarbeiten/Reviews oxidases im DFG-Schwerpunkt 1087: Löwinger, M., Florian, S., Krehl, S., Thal- Brigelius-Flohé, R.: Vitamin E: the shrew Selenoproteine – Biochemische Grund- mann, S., Thierbach, R., Steinberg, P., waiting to be tamed. Free Radic. Biol. Med. lagen und klinische Bedeutung Brigelius-Flohé, R.: Glutathione peroxi- 46, 543–554 (2009). Finanzierung: DFG dase 2 inhibits cyclooxygenase-2- Laufzeit: 01.08.2004 – 31.01.2008 mediated migration and invasion of HT-29 Brigelius-Flohé, R.: Selenium compounds adenocarcinoma cells but supports their and selenoproteins in cancer. Chem. Regulation der Genexpression durch growth as tumors in nude mice. Cancer Biodivers. 5, 389–395 (2008). Vitamin E unter besonderer Berück- Res. 68, 9746–9753 (2008). sichti gung von Genen für Fremdstoff- Brigelius-Flohé, R.: Adverse effects of vita- metabolisierende Enzyme Birringer, M., Kuhlow, D., Pfluger, P.T., min E by induction of drug metabolism. Finanzierung: DFG Landes, N., Schulz, T.J., Glaubitz, M., Genes Nutr. 2, 249–256 (2007). Laufzeit: 01.08.2004 – 31.12.2007 Florian, S., Pfeiffer, A., Schuelke, M., Brigelius-Flohé, R., Ristow, M.: Improved glucose metabolism in mice lacking Buchbeiträge/Book Articles alpha-tocopherol transfer protein. Eur. J. Brigelius-Flohé, R.: Vitamin E. In: Dunkel- Nutr. 46, 397–405 (2007). berg, H., Gebel, T., Hartwig, A. (eds.) Handbuch der Lebensmitteltoxi kologie, González, R., Collado, J.A., Nell, S., Briceño, Bd. 4. Wiley-VCH, Weinheim, 2027–2057 J., Tamayo, M.J., Fraga, E., Bernardos, A., (2007). López-Cillero, P., Pascussi, J.M., Rufián, S., Vilarem, M.J., De la Mata, M., Brigelius- Brigelius-Flohé, R., Banning, A.: Dietary Flohé, R., Maurel, P., Muntané, J.: factors in the regulation of selenoprotein Cytoprotective properties of alpha-toco- biosynthesis. In: Surh, Y.-J., Dong, Z., pherol are related to gene regulation in Cadenas, E., Packer, L. (eds.) Dietary cultured D-galactosamine-treated human Modulation of Cell Signaling. (Oxidativ hepatocytes. Free Radic. Biol. Med. 43, Stress and Disease; 25), CRC Press, Boca 1439–1452 (2007). Raton, Fl., 251–272 (2008).

Hrdina, J., Banning, A., Kipp, A., Loh, G., Polidori, M.C., Sies, H., Stahl, W., Brigelius- Blaut, M., Brigelius-Flohé, R.: The gas- Flohé, R.: Vitamin E, metabolism and bio- trointestinal microbiota affects the sele- logical activity of metabolic products. nium status and selenoprotein expression In: Preedy, V.R., Watson, R.R. (eds.) The in mice. J. Nutr. Biochem., (Epub ahead of Encyclopedia of Vitamin E. CABI print) (2008). Publishing, 11–20 (2007).

Kipp, A., Banning, A., Brigelius-Flohé, R.: Activation of the glutathione peroxidase 2 (GPx2) promoter by beta-catenin. Biol. Chem. 388, 1027–1033 (2007).

Kluth, D., Banning, A., Paur, I., Blomhoff, R., Brigelius-Flohé, R.: Modulation of preg- nane X receptor-and electrophile responsive element-mediated gene expression by dietary polyphenolic compounds. Free Radic. Biol. Med. 42, 315–325 (2007). Ernährungsberatungszentrum (EBZ) 60 Leitung: Dr. Christiana Gerbracht

Nutritional Counseling Center (EBZ) Head: Dr. Christiana Gerbracht

In the past 20 years, progress and glob- In den letzten 20 Jahren haben Fortschritt und Gesundheitsmanagement verbes- alization have altered lifestyles. The und Globalisierung den Lebensstil unserer sern können. Seit dem Jahr 2000 be- resulting increase in social mobility is Gesellschaft entscheidend geprägt. Dieser treuen die Mitarbeiterinnen in diesem associated with reduced physical ist besonders durch eine verminderte kör- Zusammenhang auch ein Gruppen pro- activity and modified eating habits. perliche Aktivität und veränderte Er- gramm (Pilotprojekt) mit 109 Teilnehme- Contradicting information on nutrition nährungsgewohnheiten charakterisiert. rinnen und Teilnehmern, durch das dieses and food advertising, as well as the Wider sprüchliche Ernährungsinfor matio - neue Beratungskonzept bewertet wer- desire for enjoyable and time-saving nen, Werbung sowie der Wunsch nach den soll. foods, make it difficult for the consumer Genuss und Zeitersparnis machen es Auch für Sportler ist eine auf die spe- to choose foods to meet their personal dem Verbraucher schwerer, sich entspre- ziellen Bedürfnisse ausgerichtete Ernäh- needs. The resulting misnourishment chend seines Bedarfs zu ernähren. Als rung zur Leistungsoptimierung essentiell. has led to the steadily increasing inci- Folge der Fehlernährung nehmen Erkran - Daher lud das EBZ am 16. März 2007 aner- dence of obesity and type 2 diabetes. kungen wie massives Übergewicht kannte Sportmediziner, Ernährungs bera- New concepts of counseling and pre- (Adipositas) und Typ-2-Diabetes stetig zu. ter sowie Hochleistungssportler und vention are required to prevent this. Um diesem Trend zu begegnen, sind neue Trainer der brandenburgischen Olympia- The aim of the EBZ personnel is to Konzepte für Ernährungsberatung und zentren zu einem Symposium mit dem provide practical advice based on new Prävention erforderlich, die die veränder- Titel „Leistungsoptimierung durch Er- and future-oriented findings of nutri- ten Lebens gewohnheiten berücksich- nährung“ ein. tional research. In the last two years, tigen. Die Mitarbeiterinnen des Ernäh- Aufgrund der demographischen Ent- nearly 300 mostly obese individuals rungsberatungs zentrums (EBZ) haben wicklung sind Gesunderhaltung und have taken advantage of personal con- sich daher zum Ziel gesetzt, aktuelle und Leistungsoptimierung auch am Arbeits- sultations. The focus of the four to ten zukunftsweisende Erkenntnisse der Er- platz ein wichtiges Thema. In diesem sessions is on the metabolic and per- näh rungsforschung in anwendungs- Zusammenhang engagierten sich die sonal situation of each individual. orientierten Beratungen zu vermitteln. EBZ-Mitarbeiterinnen mit Vorträgen im Personal counseling by EBZ personnel Nahezu 300 Personen nutzten in den Rahmen der betrieblichen Gesundheits- helps overweight individuals to develop letzten zwei Jahren das Angebot von indi- förderung in Öffentlichen Behörden und and implement a behavioral modifica- viduellen Beratungen, schwerpunktmäßig Betrieben (beispielsweise dem Bundes- tion in relation to nutrition and physical zu den Themen Übergewicht und dessen ministerium für Wirtschaft und Techno- activity. This new strategy aims to Folgeerkrankungen. Im Vordergrund der logie). Des Weiteren beantworteten die strengthen their competence and per- zur Beratung notwendigen vier bis zehn Mitarbeiterinnen nahezu 1500 telefoni- sonal responsibility in order to achieve personenzentrierten Einzelgespräche sche und schriftliche Anfragen zu ver- a long-term improvement in body weight steht die jeweilige Stoffwechsel- und schiedenen Ernährungsthemen. Zudem and health. In order to evaluate the effi- Lebenssituation des Ratsuchenden. EBZ- standen sie den Arbeitsgemeinschaften cacy of the weight-management pro- Mitarbeiterinnen unterstützen Über- des aid infodienst Verbraucherschutz, gram, a pilot study was begun in 2000 gewichtige dabei, ein auf ihre individuel- Ernährung, Landwirtschaft e.V., dem with 109 participants in closed groups. len Bedürfnisse sowie ihren persönlichen brandenburgischen Gesundheitsministe - In addition to local counseling, the EBZ Bedarf ausgerichtetes Ernährungs- und rium sowie den Medien in beratender has responded to nearly 1500 requests Bewegungsverhalten zu entwickeln und Funktion zur Verfügung. for information by telephone or by mail. langfristig umzusetzen. Ziel ist es, die Athletes also in particular need a Handlungskompetenz und die Eigenver - healthy and performance-enhancing antwortung der Betroffenen derart zu Technische Mitarbeiterin diet. Recent results on the role of nutri- fördern, dass sie langfristig ihr Gewichts- Christine Hofmann tion in sports performance were presented on March 16, 2007 at a symposium organized by the EBZ, with participation of distinguished sports physicians, sports nutritionists and 69 high-performance athletes and trainers. Because of demographic developments, the EBZ is also engaged in workplace-health promotion in public authorities and companies (e.g., the Federal Ministry of Economics and Technology). Further- more the EBZ serves the “aid” public information service (for consumer rights, nutrition, and agriculture), the Brandenburg Ministry of Health (MASGF), and the media in an advisory capacity.

᭿1 March 16, 2007: State Secretary Burkhard Jungkamp, Ministry of Education, Youth and Sports of the State of Brandenburg, opens the symposium ᭿1 16. März 2007: Staatssekretär Burkhard Jungkamp, Ministerium für Bildung, Jugend und Sport “Nutrition and Athletic Performance”. des Landes Brandenburg eröffnet das Symposium „Leistungsoptimierung durch Ernährung“. Max-Rubner-Laboratorium (MRL) Leitung: Dr. Reinhart Kluge 61

Max Rubner Laboratory (MRL) Head: Dr. Reinhart Kluge

Im Max-Rubner-Laboratorium (MRL) ist • Zeitliche und quantitative Erfassung der DIfE’s central animal-housing facility is die zentrale Tierhaltung des DIfE unter ge - Nahrungs- und Wasseraufnahme sowie located at the Max Rubner Laboratory bracht. Entsprechend der wissenschaft- Nahrungspräferenzen (MRL). Mouse and rat models designed lichen Fragestellung des Instituts etablie- • Messung der Körpertemperatur und der to answer the research questions of ren und charakterisieren Wissenschaftler Aktivität the institute have been established and hier gemeinsam mit Mitarbeitern des • Bestimmung der Körperzusammen set- are being characterized there by MRL spezielle Maus- und Rattenmodelle, zung am lebenden Tier mit Hilfe von researchers and personnel. The main um die Ursachen des Metaboli schen Syn- Röntgenstrahlung (DEXA) sowie Kern- research topics are nutrition associated droms sowie die Zusammenhänge zwi- spinresonanz (NMR) diseases such as the metabolic syn- schen Ernährung und Krebsent stehung zu • Transponder- und Minipumpenimplan- drome and colon cancer. Special untersuchen. Dabei stellt die Zucht von tation, um kontinuierliche Messungen emphasis is given to breeding strains of Mausstämmen mit bestimmten geneti- verschiedener Parameter und kontinu- mice with specific genetic dispositions. schen Dispositionen einen besonderen ierliche Wirkstoffapplikationen zu er- The animal-housing facility is presently Schwerpunkt dar. möglichen operating to full capacity, so it will be Da die Kapazitäten der Tierhaltung zur- • Generierung, Zucht und Haltung gnoto- necessary to refurbish and modernize zeit voll ausgelastet sind, wird es in den biotischer Ratten und Mäuse the MRL within the next few years. At nächsten Jahren notwendig sein, die • Zucht von genetisch kontrollierten the same time, housing capacity for Anlagen des MRL zu überholen und zu Mausstämmen mouse models will be increased to modernisieren. Gleichzeitig soll die Hal- • Herstellung und Pelletierung spezieller meet the growing requirements of tungskapazität für Mausmodelle er wei- Futtermischungen research groups. In this context, struc- tert werden, um den wachsenden An sprü- tural, organizational, and technical chen der wissenschaftlichen Arbeits - measures are in the planning. grup pen gerecht werden zu können. In Technische Mitarbeiter/innen MRL personnel serves in an advisory role diesem Zusammenhang sind bauliche, Ariane Edwards for those researchers who work with organisatorische und technische Maß- Damaris Gericke animals and assists them with paper- nahmen geplant. Ines Grüner work and experimental procedures. Das MRL-Personal berät alle im MRL tier- Gerhard Güldenpenning The staff of MRL also trains biological experimentell tätigen Wissenschaftler in Birgit Hase laboratory technicians, laboratory ani- Fragen der Antragstellung und unter- Katrin Köllner mal caretakers, and students. stützt sie bei der Versuchsdurchführung. Swetlana König The following techniques have been Darüber hinaus bilden Mitarbeiter des Janet Krause established for experiments addressing MRL Biologielaboranten, Tierpfleger und Janina Kröner the research questions of DIfE: Studenten aus. Ute Lehmann Nachstehend genannte Techniken er- Jasmin Mattern Special techniques at MRL: möglichen die Umsetzung der wissen- Sarah Olléon • Assessment of energy expenditure schaftlichen Fragestellungen: Carola Plaue and metabolic turnover (indirect cal- Stephanie Sartig orimetry) at different environmental Andreas Schnaak temperatures Spezielle Techniken im MRL: Roger Schulz • Quantitative determination of meta- • Energie- und Substratumsatzmessun - Alexandra Siedentopf bolic products gen (indirekte Kalorimetrie) bei ver- Elvira Steinmeyer • Time course and quantitative assess- schiedenen Umgebungstemperaturen Elke Thom ment of nutrient and water uptake as • Quantitative Erfassung von Stoffwech - Astrid Wagner-Hopf well as determination of dietary pref- selprodukten Kerstin Weinert erences • Monitoring of body temperature and physical activity • Body composition analysis of live animals using x-rays (DEXA) and nuclear magnetic resonance (NMR) • Implantation of transponders and micro pumps to allow continuous monitoring of various parameters and continuous application of active substances • Generation, breeding, and care of gnotobiotic rats and mice • Breeding of genetically defined strains of mice • Preparation and pelletization of special feed mixes Ehrungen, Forschungspreise und Dissertationen 62 Honors, Awards and Dissertations

Ehrungen und Forschungspreise Habilitationen · Habilitations Gemma Henderson (GAMI): Honors and Awards Tobias Pischon (EPI): Development of bacterial food preparations Ramona Bahtz (BIM): Zur Bedeutung Adipositas-assoziierter with tumour-prophylactic potential. Diplompreis für den besten Abschluss des Jahrgangs, Biomarker in der Herz-Kreislauf-Epidemiologie. Universität Potsdam, Math-Nat. Fakultät, 2008 Gesellschaft für Biochemie und Molekularbiologie e.V., Charité-Universitätsmedizin Berlin, Angela Hommel (PHA): 2007 Medizinische Fakultät, 2008 Die Rolle der GTPase ARFRP1 in der Antje Banning (BIM): Matthias Schulze (EPI): Embryonal- und Fettgewebsentwicklung. Preis für die beste Promotion des Jahres 2005/06, Prävention des Typ-2-Diabetes mellitus durch Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2007 Universitätsgesellschaft Potsdam, 2007 Ernährung. Ronny Kollock (ETOX): Friedrich-Schiller-Universität Jena, Christin Heidemann (EPI): Humane Alkoholdehydrogenasen und Biologisch-Pharmazeutische Fakultät, 2008 Förderpreis, Deutsche Diabetes Gesellschaft e.V., 2007 Aldehyddehydrogenasen: Bedeutung für den Metabolismus von Methylpyrenderivaten Angela Hommel (PHA): und von 5-(Hydroxymethyl)-2-furfural. Förderpreis, Deutsche Diabetes Gesellschaft e.V., 2008 Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2007 Berufungen · Appointments Natalia Rudovich (KLE): Doreen Kuhlow (KLE): Dieter-Klaus-Preis für Hypertonieforschung, Ute Nöthlings (EPI): Mitochondriale Dysfunktion aufgrund Deutsche Hochdruckliga e.V., Deutsche W2-Professur Epidemiologie, Frataxinmangels induziert ernährungs - Hypertonie Gesellschaft, 2008 Christian-Albrechts-Universität Kiel, abhängig Symptome des Metabolischen Medizinische Fakultät, 2008 Cornelia Weikert (EPI): Syndroms in der Maus. Nachwuchspreis, Deutsche Gesellschaft für Matthias Schulze (EPI): Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2008 Epidemiologie e.V., 2007 W2-Professur Public Health Nutrition, Christina Kuhn (MOGE): Else Kröner-Fresenius Zentrum für Marcel Winnig (MOGE): Oligomerisierung von TAS2 Bitterrezeptoren. Ernährungsmedizin, TU München, 2008 Publikationspreis, Leibniz-Kolleg Potsdam, 2007 Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2007 Förderpreis, Institut Danone für Ernährung e.V., 2007 Joachim Spranger (KLE): Paul Thomas Pfluger (BIM): W2-Heisenberg-Professur, Abteilung für Der Metabolismus der Tocopherole und Endokrinologie, Diabetes und Ernährung, Tocotrienole. Posterpreise · Poster prizes Campus Benjamin-Franklin, Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2007 Charité-Universitätsmedizin Berlin, 2008 Chimgee Baasanjav Gerber (ETOX): Stephan Scherneck (PHA): 37th Annual meeting of the european environmental Identifizierung eines diabetogenen Allels im mutagen society, Basel, CH, 2007 Suszeptibilitätslocus Nidd/SJL der Maus. Alexandra Chadt (PHA): Dissertationen · Dissertations Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2007 DIfE-Symposium “Genetics and pathophysiology of Monika Batke (ETOX): Anja Schienkiewitz (EPI): type 2 diabetes”, 2008 Metabolismus von alkylierten polyzyklischen Multimorbidität in der EPIC-Potsdam-Studie. Dagmar Drogan (EPI): aromatischen Kohlenwasserstoffen: Einfluss TU Berlin, Fakultät Wirtschaft und 44. Wiss. Kongress der DGE, Halle, 2007 der Struktur auf benzylische Hydroxylierung Management, 2007 und Sulfonierung in vitro und Modulation Verena Gawlik (PHA): Stefan Schmidt (PHA): des Metabolismus in vivo. Die Rolle von Glucosetransportern der GLUT- FASEB Summer research conference glucose Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2008 transporter biology, Snowmass Village, Familie für die Glucosehomöostase und als Colorado, USA, 2007 Ulrike Bernhardt (PHA): Glucosesensor. Untersuchung zur Rolle von Adapterprotein- Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2007 Marie Hase (PHA): Komplexen im Targeting der Glucose - Uta Elke Wegewitz (KLE): DIfE-Symposium “Genetics and pathophysiology of transporter GLUT8 und GLUT4. type 2 diabetes”, 2008 Genetische und metabolische Regulation von Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2008 Adiponectin: Resultate von In vitro- und Angela Hommel (PHA): Antje Fischer (KLE): humanen In vivo-Studien. 5th NuGOweek, Potsdam, 2008 Einfluss genetischer Variationen auf die Ent - Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2007 Stephan Scherneck (PHA): stehung Adipositas-assoziierter Erkran kun gen. Marcel Winnig (MOGE): DIfE-Symposium “Genetics and pathophysiology of Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2008 Struktur-Wirkungsbeziehungen der Süß - type 2 diabetes”, 2008 Sindy Gründel (KLE): geschmacksrezeptoren des Menschen und Cornelia Weikert (EPI): Akuteffekte des polyphenolreichen unlös - der Ratte. 44. Wiss. Kongress der DGE, Halle, 2007 lichen Carobballaststoffes auf Parameter des Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2007 Metabolischen Syndroms bei gesunden Claudia Zahn (PHA): Erwachsenen. Rolle der GTPase ARFRP1 für die Golgi- Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2007 Funktion und die Differenzierung epithelialer Laura Hanske (GAMI): Zellen des Darms. Der Einfluss der Darmbakterien des Men schen Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2007 auf die Bioverfügbarkeit von Flavonoiden. Universität Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2008 Veranstaltungen Lectures and Conferences 63

2007

Rehbrücker Kolloquien Rehbrücker Lectures

24.01.2007 Renato Iori Brassica vegetables: a source of glucosinolates and bioactive isothiocyanates Consiglio per la Ricerca e la Sperimentatione for human nutrition. 25 years of activities at CRA-ISCI of Bologna in Agriocultura (C.R.A.), Bologna, I

14.02.2007 Georg Lietz Impact of genotype on biochemical and physiological responsiveness to fish oil School of Clinical Medical Sciences University and beta-carotene supplementation of Newcastle, UK

28.03.2007 Santos Nigam Hypoxilin and insulin secretion Charité Universitätsmedizin Berlin

11.04.2007 Michael Schwarz Regulation of gene expression in normal liver and in liver cancer Universität Tübingen

09.05.2007 Michele Solimena Regulation of insulin granule turnover in pancreatic beta-cells TU Dresden

30.05.2007 Markus Stoffel Forkhead transcription factors and the control of metabolism ETH Zürich, CH

01.06.2007 William A. Goddard III Predictions of 3D structures for G-protein coupled receptors validated with California Institute of Technology, Pasadena, USA mutation and binding studies

13.06.2007 Jean-Paul Vincken Fractionation and characterization of bioactives from plant materials - Wageningen University & Research Centre, NL phytoestrogens, triterpenoid glycosides, and proanthocyanidins -

22.06.2007 Jörg Strotmann Olfactory receptors: spatial expression and topographic projection Universität Hohenheim

04.07.2007 Earl S. Ford An overview of the epidemiology of the metabolic syndrome Centers for Disease Control and Prevention, Atlanta, USA

10.07.2007 Corinna Rüfer Vergleichende Studie zu Gehalt, Bioverfügbarkeit und antioxidativem Potential BfEL Karlsruhe von sekundären Pflanzeninhaltsstoffen in ökologisch und konventionell angebautem Gemüse und Obst

24.10.2007 Fredrik Baeckhed Gut bacteria as regulators of obesity VID Göteborgs Universitet, S

14.11.2007 Thomas Kietzmann Glucokinase: Regulation der Expression durch Sauerstoff und Insulin TU Kaiserslautern

21.11.2007 Gerhard Burckhardt Organic anion transporters (OATs): physiology, pathophysiology and Georg-August-Universität Göttingen pharmacology

11.12.2007 Thierry Pineau Dissecting the roles of PPARalpha as a dietary lipids sensor and as a key INRA, Toulouse, F regulator of fasting

18.12.2007 Florian v. Groote Die Interaktion zwischen dem Transkriptionsfaktor Fox01a und der RWTH Aachen Proteinkinase DYRK1 und ihre Bedeutung bei der Regulation des Glucose-6-Phosphatasegens

19.12.2007 Peter Schirmacher From screening to targeted therapies: a translational approach to liver cancer Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg 64

Symposien, Workshops, andere Veranstaltungen Symposia, Workshops, other Events

13.02.2007 DIfE-Symposium Pathogenese ernährungsbedingter Funktionsstörungen Prof. Hans-Georg Joost (PHA)

Feb–Apr 2007 Ärzte-Fortbildung Kurs Ernährungsmedizin

16.03.2007 Symposium für Sportler, Trainer und Leistungsoptimierung durch Ernährung Ernährungsberater Dr. Christiana Gerbracht (EBZ)

27.02.– 8th Wartburg Symposium Flavor Chemistry & Biology 02.03.2007 Prof. Wolfgang Meyerhof (MOGE)

31.03.2007 5. Potsdamer Expertengespräch Diabetes Prof. Andreas F. H. Pfeiffer (KLE)

03.04.2007 2. Projekttreffen BMBF-Förderaktivität Funktionelle Ernährungsforschung Dr. Annett Braune (GAMI)

25.–26.04.2007 Symposium 15 Jahre EPIC-Studie – Bisherige Ergebnisse und Zukunftsperspektiven Prof. Heiner Boeing (EPI)

13.–17.05.2007 27. Blankenese Conference Routes to therapy: from stem cell tailoring to nano knitting Prof. Wolfgang Meyerhof (MOGE)

23.07.– Summer School Ernährungsepidemiologie 03.08.2007 Prof. Heiner Boeing (EPI)

25.–26. April 2007: Symposium „15 Jahre EPIC-Studie – Bisherige Ergebnisse und Zukunfts perspektiven“. PD Dr. Dr. Jakob Linseisen vom Deutschen Krebsforschungszentrum Heidelberg hält einen Vortrag zum Thema „Blutmarker: Eine neue Ära molekular-epidemiologischer Ansätze zum Verständnis chronischer Erkrankungen wie Krebs“. April 25–26, 2007: At the symposium “The EPIC Study, 15 years on – Results up to now and future perspectives”, PD Dr. Dr. Jakob Linseisen of the German Cancer Research Center in Heidelberg gives a lecture on “Blood Markers – A new era of molecular epidemiological approaches to an understanding of chronic diseases such as cancer”. 65

2008

Rehbrücker Kolloquien Rehbrücker Lectures

16.01.2008 Bernhard Watzl Immunomodulatory effects of prebiotics BfEL Karlsruhe

22.01.2008 Michael Hermanussen Nahrungsproteine, Geschmack und BMI Universität Kiel

23.01.2008 Peter Bannasch Hepatic neoplasia: morphologic, metabolic and molecular changes mimicking DKFZ Heidelberg effects of hormones, particularly insulin

06.02.2008 Sander Kersten Regulation of metabolism by PPARs and angiopoietin-like protein 4 Wageningen University, NL

16.04.2008 Volker Schusdziarra Modern aspects of obesity treatment TU München

23.04.2008 Thomas Henle Glycation reactions in food and in vivo: Structures and functions, risks TU Dresden and benefits

04.06.2008 Wendy Jefferson Disruption of the developing female reproduction system by phytoestrogens: National Institute of Environmental genistein as an example Health Sciences, USA

11.06.2008 Clarissa Gerhäuser Cancer chemopreventive potential of apple juice DKFZ Heidelberg

18.06.2008 Rudolf Zechner Fat fate: enzymes and coactivators involved in the catabolism of lipid stores Karl Franzens Universität Graz, A

08.07.2008 Timo Kanzleiter Regulation of substrate metabolism in skeletal muscle by the nuclear Philipps-Universität Marburg orphan receptor Nur77

27.08.2008 Michael Roden Interaction of nutrients with energy metabolism and insulin action DDZ Düsseldorf

24.09.2008 Charles N. Falany Steroid sulfotransferases: function, distribution and regulation in normal University of Alabama at Birmingham, USA and pathological states

15.10.2008 Catherine Postic ChREBP and liver metabolism Institut Cochin, Paris, F

28.10.2008 Kathrin Maedler Anti-inflammatory cytokines – a cure for diabetes? Universität Bremen

05.11.2008 Helmut K. Seitz Molecular mechanisms of alcohol-mediated carcinogenesis Krankenhaus Salem Heidelberg

17.12.2008 Herrmann Koepsell Regulation of the Na+-D-glucose cotransporter SGLT1 in small intestine Julius-Maximilians-Universität Würzburg

19.12.2008 Miklos Peterfy Lipase maturation factor 1: a novel player in hyperlipidemia Cedars-Sinai Medical Center, California, USA 66

Symposien, Workshops, andere Veranstaltungen Symposia, Workshops, other Events

14.–15.02.2008 DIfE-Symposium Genetics and pathophysiology of type 2 diabetes Prof. Annette Schürmann, PD Dr. Hadi Al-Hasani (PHA)

17.–18.03.2008 Prepobedia Kickoff-meeting Novel Prep1- dependent transcriptional networks Prof. Annette Schürmann (PHA)

10.–11.04.2008 SysProt Project meeting (Midterm-review) Hochdurchsatz-Proteom-Analyse PD Dr. Hadi Al-Hasani (PHA)

25.–29.05.2008 28. Blankenese Conference Sensory signaling and information processing Prof. Wolfgang Meyerhof (MOGE)

31.05.2008 Ärzte-Fortbildung Kurs Ernährungsmedizin Refresher Prof. Andreas F. H. Pfeiffer (KLE)

21.–26.07.2008 15th International Symposium Olfaction and taste on Olfaction and Taste (ISOT) Prof. Wolfgang Meyerhof (MOGE)

21.07.– Summer School Ernährungsepidemiologie 01.08.2008 Prof. Heiner Boeing (EPI)

02.–05.09.2008 5th European Nutrigenomics Conference Nutrigenomics (NuGOweek 2008) Prof. Hans-Georg Joost (PHA)

03.–07.09.2008 XVIII Congress of European Chemoreception Chemoreception Organisation (ECRO) Prof. Wolfgang Meyerhof (MOGE)

06.-07.10.2008 Workshop Impact of alcohol consumption on patterns of chronic disease incidence Dr. Manuela Bergmann (EPI) in Europe

21.11.2008 Workshop Dietary patterns in EPIC Dr. Brian Buijsse (EPI)

A B

2.–5. September 2008: 5th European Nutrigenomics Conference (NuGOweek 2008): (A) Teilnehmer diskutieren während der Postersession über neueste Ergebnisse aus der Nutrigenomik-Forschung. (Foto: Ingeborg van Leeuwen-Bol) (B) Dinner im Kongresshotel Potsdam am Templiner See September 2–5, 2008: 5th European Nutrigenomics Conference (NuGOweek 2008): (A) Participants discussing at the poster session the latest results in nutrigenomic research. (photo: Ingeborg van Leeuwen-Bol), (B) Dinner at the Congress Hotel Potsdam on Lake Templin Presse- und Öffentlichkeitsarbeit 2007–2008 67

Press and Public Relations 2007–2008

Wie kann man den Jo-Jo-Effekt vermei- Im Dialog mit der Öffentlichkeit – How can I avoid the yoyo-effect? Do dia- den? Brauchen Diabetiker spezielle Höhepunkte betics need special foods? Can we visit Lebensmittel? Können wir das DIfE besu- DIfE? Can I as a doctor use the German 2007 chen? Kann ich den Deutschen Diabetes- Diabetes Risk Score for my patients? Do Risiko-Test für meine Praxis nutzen? you have an expert on the subject “bit- Haben Sie einen Experten zum Thema ter taste”? Bittergeschmack? These are some of the questions that we Diese und weitere Fragen wurden uns, of Press and Public Relations have den Mitarbeiterinnen der Pressestelle, in heard in the past two years. We helped den letzten zwei Jahren gestellt. Mehr als journalists and members of the public 2.000 Mal halfen wir Bürgern und on more than 2,000 occasions by Journalisten weiter, vermittelten Inter - arranging interviews and in-depth views und Hintergrundgespräche an talks with DIfE experts, or we answered DIfE-Experten oder beantworteten die the questions ourselves. In addition, we Fragen selbst. Zudem luden wir Medien- increased our cooperation with the vertreter zu Pressekonferenzen ein und media by inviting their representatives stärkten so die gute Zusammenarbeit mit to press conferences. As a result, we den Journalisten. Als Resultat konnten wir 25. April: Hintergrundgespräch für Jour- have a very strong media presence: eine enorme Medienpräsenz erzielen: nalisten anlässlich des Symposiums „15 within the reporting period, DIfE and its Das DIfE und seine Mitarbeiter waren im Jahre EPIC-Studie – Bisherige Ergebnisse staff were on radio or TV over 240 times Berichts zeit raum gut 240 Mal in Fernseh- und Zukunftsperspektiven“ mit leitenden and were cited nearly 3,150 times in und Rund funkbeiträgen vertreten und Wissenschaftlern der EPIC-Studie (v.l.: national and international newspaper, wurden rund 3.150 Mal sowohl in natio- Prof. Rudolf Kaaks, Deutsches Krebsfor- magazine, and web articles. A few nalen als auch internationalen Zeitungs-, schungszentrum Heidelberg; Prof. Heiner examples of our media presence are on Internet- und Zeitschriftenartikeln zitiert. Boeing, DIfE; Prof. Elio Riboli, Imperial pages 68 and 69. We also successfully Eine Auswahl der Medienpräsenz ist auf College London; Moderation: Prof. Hans- presented DIfE’s research work at den Seiten 68 und 69 wiedergegeben. Georg Joost, wissenschaftlicher Direktor numerous events. Foremost, we wish to Darüber hinaus präsentierten wir die des DIfE). sincerely thank the many colleagues Forschungs arbeit des DIfE erfolgreich auf whose dedication made this possible. zahlreichen Veranstaltungen, beispielsweise auf dem von „Wissenschaft im Dialog“ organisierten Wissenschafts- In dialog with the public – highlights sommer in Essen (2007) und Leipzig 2007 (2008). Dies war nicht zuletzt durch das große Engagement vieler Kolleginnen April 25: In-depth discussion for jour- und Kollegen möglich, bei denen wir uns nalists at the symposium “The EPIC an dieser Stelle ganz herzlich bedanken Study, 15 years on – Results up to now möchten. and future perspectives“, with leading EPIC Study researchers (left to right: Prof. Rudolf Kaaks, German Cancer Research 9.–13. Juni: Wissenschaftssommer in Center, Heidelberg; Prof. Heiner Boeing, Essen. Mo nika Lammersmann (l.) erklärt DIfE; Prof. Elio Riboli, Imperial College einer Besuche rin das Ernährungsmythen- London; moderator: Prof. Hans-Georg Quiz (Monika Lammersmann, Dr. Gisela Joost, Scientific Director of DIfE). Olias, Susann-C. Ruprecht). June 9–13: “Science Summer” in Essen. Monika Lammersmann (l.) explaining a quiz on “nutritional myths“ to a visitor.

June 12: Parliamentary Evening of the Leibniz Gemeinschaft in Berlin. Dr. Christiana Gerbracht (photo) presenting the German Diabetes Risk Score (photo: Ralf Günther).

2008: Doktorandin Maren Kutschera bei Film - aufnahmen des rbb für die Sendung OZON in 12. Juni: Parlamentarischer Abend der der Abteilung Gastrointestinale Mikro bio logie (GAMI). Leibniz-Gemeinschaft in Berlin. Dr. 2008: Doctoral student Maren Kutschera dur- Christiana Gerbracht (Foto) und Dr. Gisela ing rbb-TV film takes, Dept. of Gastrointestinal Olias stellen den Deut schen Diabetes- Microbiology, for the program OZON. Risiko-Test vor (Foto: Ralf Günther). 68

September 14: Open House 2007: 14. Februar: Pressekonferenz im Rahmen Unveiling of a permanent exhibit hon- des Symposiums Genetics and pathophy- oring Oskar Picht, inventor of the 1st siology of type 2 diabetes; Moderation: Dr. Braille typewriter (left to right: Prof. Gisela Olias (2. v. l.: Prof. Burkhard Göke, Hans-Georg Joost, Dr. Hartmut Schulz, Universitätsklinikum München [Groß- Gerhard Ling, mayor of Nuthetal, and hadern]; 3. v. l.: Prof. Hans-Ulrich Häring, Heinz Bremer, board member, Universitätsklinikum Tübin gen; 4. v. l.: Sozialwerk Potsdam). Prof. Hannelore Daniel, TU Mün chen [Weihenstephan]; 5. v. l.: Prof. Hans- November 25: Sunday lecture by Prof. Georg Joost, wissenschaftlicher Direk tor Wolfgang Meyerhof, part of the lecture des DIfE). series “Potsdamer Köpfe” in Potsdam's Old Town Hall. His theme: “Why water 14. September: Tag der offenen Tür 2007: sometimes tastes sweet and other Feierliche Enthüllung der Daueraus stel- aspects of the world of taste”. lung zum Gedenken an Oskar Picht, Erfinder der ersten Schreibmaschine für Blindenschrift (v. l.: Prof. Hans-Georg 2008 Joost, Dr. Hartmut Schulz, Gerhard Ling, Bürgermeister der Gemeinde Nuthetal, February 8: Dr. Gisela Olias and Birgit und Heinz Bremer, Vorstandsmitglied des Große present information on smell/ Sozialwerks Potsdam e.V.). taste research at “Science Day”, Wol- kenberg Secondary School, Michen dorf.

February 14: Press conference at the 13. März: Prof. Johanna Wanka (l.), Minis- symposium Genetics and pathophysiol- terin für Wissenschaft, Forschung und ogy of type 2 diabetes (2nd from left: Kultur des Landes Brandenburg, besucht Prof. Burkhard Göke, Munich University den DIfE-Stand beim ersten Schülercam pus Hospital (Großhadern); 3rd from left: Brandenburg auf dem Potsdamer Uni- Prof. Hans-Ulrich Häring, Tübingen versitätskomplex in Golm (Birgit Große, Dr. University Hospital; 4th from left: Prof. Gisela Olias, Susann-C. Ruprecht). Hannelore Daniel, Munich Technical University (Weihenstephan); 5th from left: Prof. Hans-Georg Joost, DIfE Scientific Director; moderator: Dr. Gisela Olias). 25. November: Sonntagsvorlesung von Prof. Wolfgang Meyerhof im Rahmen der March 13: Prof. Johanna Wanka (l.), Vorlesungsreihe „Potsdamer Köpfe“ im Brandenburg Minister of Science, Potsdamer Alten Rathaus. Sein Thema: Research, and Cultural Affairs, visits „Warum Wasser manchmal süß schmeckt DIfE`s stand on the 1st Campus School und andere Aspekte aus der Welt des Day, Potsdam University in Golm. Geschmacks“. (Birgit Große, Dr. Gisela Olias, Susann- C. Ruprecht). A 2008 May 6: (A) Parliamentary Evening of the 8. Februar: Dr. Gisela Olias und Birgit Leibniz Association, Natural History Große besuchen Schüler des Wolkenberg- Museum, Berlin. (B) Dr. Gisela Olias (l.) Gymnasiums in Michendorf am Tag der and Natacha Roudnitzky (c.) explain Wissenschaften und vermitteln Wissens - what taste has to do with biodiversity wertes aus der Welt der Geruchs- und (photos: Ralf Günther). Geschmacksforschung.

B 6. Mai: (A) Parlamentarischer Abend der Leibniz-Gemeinschaft im Naturkunde- museum Berlin. (B) Dr. Gisela Olias (l.) und Natacha Roudnitzky (m.) erklären, was Geschmack mit Biodiversität zu tun hat (Fotos: Ralf Günther). 69

in 100 g Gummibärchen enthalten sind. May 21: Over 120 students at Health Interessierte Kinder und Erwachsene Day, organized by Malteser Treffpunkt erfahren in interaktiven Workshops viel Freizeit and the city of Potsdam (health, Wissenswertes zu den Themen „Ge - school, youth dept.), wanted to know schmack“ und „Energiegleichgewicht des “Do you drink a bag of gummy bears Körpers“ (Dr. Gisela Olias, Antje Pohl- a day?” (Birgit Große, Susann-C. mann, Susann-C. Ruprecht). Ruprecht).

June 14: Over 300 visitors taste the bitter side of artificial sweetener saccharin, Long Night of Science, Leibniz Institute of Molecular Pharmacology (FMP) in Berlin-Buch (Dr. Gisela Olias, 21. Mai: Mehr als 120 Schüler testen auf Susann-C. Ruprecht [l.]). dem vom „Malteser Treffpunkt Freizeit“ und der Landeshauptstadt Potsdam June 28–July 2: Science Summer in (Gesundheits-, Schul- und Jugendamt) Leipzig. Theme: mathematics in nutri- organisierten Schülergesundheitstag ihr tional research (Birgit Große, Dr. Gisela Wissen zum Thema: „Trinkst du auch eine Olias, Susann-C. Ruprecht). Tüte Gummibärchen am Tag?“ (Birgit Große (l.), Susann-C. Ruprecht). July 8–10 and 14–17: DIfE is a guest at 25. September: Tag der offenen Tür 2008: the “Exploratorium”: Antje Pohlmann (l.) Am Stand des Ernährungsberatungs zen- demonstrates how many sugar cubes trums zeigen Matthias Clemens (l.) und are in gummy bears. Interested children Stephanie Selig (l. h.) sehr anschaulich, and adults learn about “Taste” and dass eine gesunde Ernährung nicht teuer “Energy balance of the body” in inter- sein muss. Rund 400 Schüler sowie inte- active workshops (Dr. Gisela Olias, ressierte Bürger besuchen das DIfE. Antje Pohlmann, Susann-C. Ruprecht).

September 25: Open House 2008: At the Nutritional Counseling Center stand, Matthias Clemens (l.) and Stephanie Selig (l.b.) demonstrate why a healthy diet needn't be expensive. Nearly 400 school students and mem- 14. Juni: Mehr als 300 Besucher lernen bei bers of the public take advantage of the der Langen Nacht der Wissenschaften im interesting lectures offered. Leibnizinstitut für Molekulare Pharma- kologie in Berlin-Buch die bittere Seite des October 11: At the event “Laboratory of Süßstoffs Saccharin kennen (Dr. Gisela the future – intercultural dialog in Olias, Susann-C. Ruprecht [l.]). Brandenburg”, data of the EPIC Study are presented by Birgit Große (l.), Dr. 28. Juni – 2. Juli: Wissenschaftssommer in 11. Oktober: Im Rahmen der Veranstal- Gisela Olias, Susann-C. Ruprecht, and Leipzig; Thema: Mathematik in der Er näh - tung „Zukunftslabor-Interkultureller Dia- Anne-Marie Sommer at the “Science rungsforschung (Birgit Große, Dr. Gisela log in Brandenburg“ stellen Birgit Große Market” in Potsdam. Olias, Susann-C. Ruprecht). (l.), Dr. Gisela Olias, Susann-C. Ruprecht und Anne-Marie Sommer auf dem November 19: Parliamentary Evening of Wissen schafts markt in Potsdam Daten the State Association of Non-University der EPIC-Studie vor. Research (LAUF), Brandenburg State Parliament. DIfE presents the German 19. November: Parlamentarischer Abend Diabetes Risk Score and the “Nutritio nal der Landesvereinigung außeruniversitärer Myths” quiz (Dr. Gisela Olias, Susann-C. Forschung in Brandenburg (LAUF) im Ruprecht). Landtag Brandenburg. Das DIfE präsen- tiert den Deutschen Diabetes-Risiko-Test und das Ernährungsmythen-Quiz (Dr. Gisela Olias, Susann-C. Ruprecht).

8.–10. und 14.–17. Juli: Das DIfE zu Gast im Exploratorium: Antje Pohlmann (l.) demonstriert, wie viele Zuckerwürfel Das DIfE im Hörfunk und TV 2007–2008 70 (Auswahl)

Medium Titel und Thema der Sendung Verantwortlicher ZDF heute – in Deutschland: Gen-Mutation gegen Fettleibigkeit Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost WDR 5 Leonardo: Diabetes-Test im Internet Dr. Matthias Schulze HR Alles Wissen: Wie gesund ist Fruchtzucker? Prof. Dr. Annette Schürmann NDR-Info LOGO: Duftstoffe und Pheromonrezeptoren Dr. Dietmar Krautwurst VOX Wissenshunger: Wie funktioniert „Schmecken“? Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof, Dr. Gisela Olias rbb Inforadio Wissenswerte: Fett ist nicht gleich Fett Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer Deutsche Welle Fit und Gesund: Diäten / In Good Shape: Diets Prof. Dr. Susanne Klaus Bayern 2 IQ – Wissenschaft und Forschung: Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Nutrigenomik – Maßgeschneidertes Essen fürs Individuum ZDF drehscheibe Deutschland: Dr. Gisela Olias Würze des Lebens – Wie viel Salz braucht der Mensch? Antenne Brandenburg Panorama: Gehirn und Fettstoffwechsel Prof. Dr. Annette Schürmann 3sat Wissen aktuell: Wahrhaft nahrhaft Prof. Dr. Michael Blaut NDR Visite: Depression – Schlankheitspille vom Markt genommen Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer Premiere in vivo – das Magazin der Deutschen Krebshilfe: Prof. Dr. Heiner Boeing, EPIC-Studie: Ernährung und Krebs PD Dr. Tobias Pischon NDR Visite: Tierisch gut – Wann ist Fleisch gesund? Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost, Susann-C. Ruprecht SWR 1 Der Vormittag: Rosenkohl entgiftet den Körper Prof. Dr. Hans-Rudolf Glatt SAT 1 SAT 1 News: Fasten Prof. Dr. Susanne Klaus rbb Kulturradio Hörerstreit: Vor- und Nachteile vegetarischer Ernährung: Susann-C. Ruprecht Wie viel Fleisch gehört auf den Teller? ARD Generation XXL – Die jungen Dicken Prof. Dr. Annette Schürmann, Angela Kohl N24 Nachrichten: Nationale Verzehrsstudie Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost RTL Stern TV: Fast Food gegen Bio Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer, PD Dr. Joachim Spranger Radio Multi-Kulti Frühstück – Alles für den Tag: Stress und Zeitnot machen dick Prof. Dr. Susanne Klaus Deutschlandradio Kultur Zeitfragen: Prävention Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost rbb QUIVIVE: Vitamine: Zu viel des Guten? Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohé WDR Quintessenz: Lebensmittel länger frisch Dr. Christiana Gerbracht MDR Hauptsache Gesund: Ernährung – Die großen Irrtümer Prof. Dr. Heiner Boeing, Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer Power Radio Potsdam Journal: Mutation im Tbc1d1-Gen schützt vor PD Dr. Hadi Al-Hasani Übergewicht und Diabetes WDR nano: Bitterstoffe Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof HHS HealthBeat (USA) Prudent diet, longer life Dr. Christin Heidemann rbb Kluge Köpfe: Biokult und Gen-Hysterie: Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Keine Ahnung, aber überzeugt! BR Faszination Wissen: Darmbakterien Prof. Dr. Michael Blaut MDR 1 Radiomarkt: Dick oder dünn – Das Gehirn entscheidet mit Prof. Dr. Annette Schürmann SWR 2 Impuls: Sugar baby love – Prof. Dr. Heiner Boeing, Eine neue Studie über die tödliche Völlerei PD Dr. Tobias Pischon SAT 1 Akte 07/ 23: Neue Diät – Trennkost Dr. Christiana Gerbracht ORF 1 Dimensionen: Macht ein voller Magen satt? Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer, Dr. Christiana Gerbracht 3sat nano: Licht ins Dunkel des Ökosystems „menschlicher Darm“ Prof. Dr. Michael Blaut Radio Eins Die Profis: Ganz nach meinem Geschmack – Dr. Gisela Olias Bitter, Süß, Sauer: Ernährungswochen im Exploratorium ZDF Morgenmagazin: Glücklich im November – Prof. Dr. Susanne Klaus Essen gegen das Stimmungstief Deutschlandfunk Marktplatz: Geschmackswahrnehmung Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof Das DIfE in den Printmedien 2007–2008 (Auswahl) 71

Medium Titel des Beitrags Verantwortlicher Spiegel Gefährliche Plackerei Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Hörzu Gutes Bauchgefühl Prof. Dr. Michael Blaut, Prof. Dr. Heiner Boeing Für Sie Warum wir Süßes so lieben Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof Die Welt Wird ein Gen abgeschaltet, schwindet die Fettsucht Dr. Gisela Olias Der Tagesspiegel Mammutkeule in Olivenöl Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer Bild Von Potsdamer Forschern entdeckt: Prof. Dr. Annette Schürmann Moppel-Zentrum sitzt im Gehirn Ökotest World Wide Nepp Dr. Christiana Gerbracht Science Daily Grain fiber and magnesium intake associated Dr. Matthias Schulze with lower risk for diabetes Süddeutsche Zeitung Die Frage: Macht Stress dick? Prof. Dr. Susanne Klaus Berliner Zeitung Kaffee stärkt die Darmflora Prof. Dr. Michael Blaut P.M. Fragen & Antworten Warum produziert der Mensch kein körpereigenes Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohé Vitamin C? La Segunda Identifican mutación genética en ratones que Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost les protege contra diabetes Zeit Wissen Die Macht der Matrix Prof. Dr. Susanne Klaus Thüringer Allgemeine Dicker Bauch erhöht die Gefahr von Prostatakrebs Prof. Dr. Heiner Boeing, PD Dr. Tobias Pischon Frankfurter Allgemeine Zeitung Gesundheitsvorsorge – Testen Sie Ihr Diabetes-Risiko Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Stern Gesund Leben Von Mäusen und Menschen Prof. Dr. Annette Schürmann, Heike Vogel, Dr. Reinhart Kluge, Elvira Steinmeyer Frankfurter Neue Presse Potsdamer Forscher entschlüsseln Bitter-Geschmackszellen Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof taz – Die Tageszeitung Gesundes Murmeltierpolster Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Stern Wege aus der Jo-Jo-Falle: Prof. Dr. Susanne Klaus So nehmen Sie richtig ab und halten Ihr Wunschgewicht La Grande Epoque Un tour de taille de plus de 120 cm augmente le PD Dr. Tobias Pischon risque de mort prématurée Ernährung – Wissenschaft DIOGENES – Neue Wege zur Prävention der Adipositas Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer, und Praxis Dr. Matthias Schulze, Angela Kohl Potsdamer Neueste Nachrichten Gene, Gehen und Genuss Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Die Zeit Lebensmittel – Gefährliches Alibi Dr. Christiana Gerbracht Neue Apotheken Illustrierte Ballaststoffe gegen Typ-2-Diabetes Prof. Dr. Heiner Boeing Stern – Gesund Leben Die Frucht in Pillen? Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohé Märkische Allgemeine Zeitung Bessere Chancen für Frühgeborene: Prof. Dr. Michael Blaut Rehbrücker Institut legt Studie vor Financial Times Deutschland Wenig Fett senkt Brustkrebsrisiko Prof. Dr. Heiner Boeing Berliner Kurier Jeden Tag ein Ei und Ostern auch mal drei? Dr. Gisela Olias Ärzte Zeitung Schlankheits-Gen könnte Weg zu neuem PD Dr. Hadi Al-Hasani Medikament weisen Wirtschaftswoche Vom Essen gejagt Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Berliner Morgenpost Bluttest zeigt Herzinfarkt- und Schlaganfallrisiko Dr. Cornelia Weikert Apotheken Umschau Die Süßmacher Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer Time Magazine Being big around the middle poses big risks PD Dr. Tobias Pischon Handelsblatt Forscher untersuchten Salzsorten – Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof, Teures Himalayasalz ist Preis nicht wert Natacha Roudnitzky Medical News Today 'Remote control' for fat metabolism discovered in brain Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost, Prof. Dr. Matthias Tschöp Kölner Stadtanzeiger Eis im Test – Kalte Sommer-Sünde Susann-C. Ruprecht Gäste und Begegnungen 72 Guests and Meetings

Das DIfE konnte 2007 und 2008 neben 21. Januar 2008: Schüler des Evange - zahlreichen Wissenschaftlern aus aller lischen Gymnasiums Hermannswerder Welt (siehe Rehbrücker Kolloquien), inter- besuchen das DIfE. essierte Bürger, Schüler- und Senioren- 9. September 2008: Chol Ung Han und Yu gruppen sowie Politiker als Gäste will- Jong Han, Academy of Health and Food kommen heißen: Science, Pyongyang DPR of Korea, be- 13. Februar 2007: Dr. Georg Munz von der suchen das DIfE. Deutschen Forschungsgemeinschaft be- 16. September 2008: Claudia Vallo sucht das DIfE anlässlich des Sympo- (BMBF) und Dr. Rudolf Straub vom siums „Pathogenese ernährungsbedingter Projektträger Jülich treffen DIfE-Wissen- Funktionsstörungen“. schaftler. 8. Mai 2007: Austauschschüler aus Däne- 7. Oktober 2008: Die Berliner mark sind zu Gast am DIfE. Wirtschafts gespräche e.V. zu Gast am 27. November 2007: Die Abteilung DIfE: Nach der Begrüßung durch Prof. Wasserwirtschaft vom Umweltministe- Hans-Georg Joost und Dr. Hartmut Schulz 31. Januar 2007: Brandenburger Schüler des rium besucht das DIfE. besichtigen die Teilnehmer verschiedene Forschungsabtei lungen und sprechen Landesseminars zur Vorbereitung der Inter - 12. Dezember 2007: Prof. Dr. Bernhard van nationalen Biologieolympiade im Sensorik - mit führenden Wissenschaftlern. labor. Lengerich und Jim Kirkwood, General January 31, 2007: Brandenburg school students, Mills, USA, und Dr. Ravi Mennon, Bell Ausgewählte Momentaufnahmen sind preparing statewide for the International Institute for Health and Nutrition, USA, auf dieser und der folgenden Seite wie- Biology Olympics, in DIfE's sensory laboratory. sind zu Gast am DIfE. dergegeben.

20. September 2007: Vertreter des Französischen Instituts für Agrar - forschung (INRA), der Französischen Botschaft und der Leibniz-Gemein - schaft besuchen das DIfE (v.l. Dr. Bernard Charpentier, Directeur de la Mission aux Relations Internationales; Prof. Patrick Etiévant, Directeur du 22. Mai 2007: Mitglieder des Verbands für Wohneigentum Brandenburg Département Alimentation humaine; Dr. Xavier Leverve, Directeur e.V. testen ihren Geruchssinn. Scientifique Nutrition humaine et sécurité alimentaire; Dr. Marion May 22, 2007: Members of the association “Wohneigentum Branden - Guillou, Présidente Directrice Générale de l’INRA; Prof. Eckard George, burg” testing their sense of smell. Vizepräsident der Leibniz-Gemeinschaft und Direktor des Instituts für Gemüse- und Zierpflanzenbau). September 20, 2007: Representatives of the French Institute of Agricultural Research (INRA), the French Embassy, and the Leibniz Gemeinschaft visiting DIfE. (from l. to r., Dr. Bernard Charpentier, Directeur de la Mission aux Relations Internationales; Prof. Patrick Etiévant, Directeur du Département Alimentation humaine; Dr. Xavier Leverve, Directeur Scientifique Nutrition humaine et sécurité alimentaire; Dr. Marion Guillou, Présidente Directrice Générale de l'INRA; Prof. Eckard George, Vice president of the Leibniz Association and Director of the Institute for Cultivation of Vegetables and Ornamental Plants).

19. Oktober 2007: Prof. Sabine Kunst (l.), Präsidentin der Universität 17.–26. Oktober 2007: Gemäldeausstellung von Prof. Daoud Salman Anad Potsdam, im Gespräch mit Dr. Hartmut Schulz (m.) und Prof. Hans-Georg- und seinen Schülern im DIfE. Der Künstler (2. v. l.) beim Gedanken aus - Joost (r.). tausch mit interessierten Besuchern. October 19, 2007: Prof. Sabine Kunst (l.), President of the University of October 17–26, 2007: Exhibit of paintings by Prof. Daoud Salman Anad Potsdam, talking with Dr. Hartmut Schulz (c.) and Prof. Hans-Georg-Joost and his students, where the artist (2nd from left) has a discussion with (r.). visitors. 73

In 2007 and 2008, DIfE was able to greet January 21, 2008: Visit by students of the numerous researchers from all over the Hermannswerder Lutheran Secondary world (see Rehbrücker Lectures), politi- School. cians, people from schools and senior September 9, 2008: Chol Ung Han and Yu groups, and the interested public. Jong Han, Academy of Health and Food February 13, 2007: Dr. Georg Munz of the Science, Pyongyang DPR of Korea, are vis- DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) itors at DIfE. visits DIfE for the symposium „Patho- September 16, 2008: Claudia Vallo genesis of nutrition-linked functional dis- (BMBF) and Dr. Rudolf Straub (Project orders“. Management Jülich) visit several depart- May 8, 2007: Danish exchange students ments of DIfE. tour DIfE. October 7, 2008: Representatives of the November 27, 2007: Department of Berlin Business “Wirtschaftsgespräche” Water Conservancy, Ministry of Environ- are greeted by DIfE's Prof. Hans-Georg 25. Juni 2008: Prof. Hans-Georg Joost (r.) empfängt die Geschäftsführerin Dr. Barbara Schneider (l.) und den ment, visits DIfE. Joost and Dr. Hartmut Schulz, then tour Dekan Prof. Reimund Gerhard (m.) der Mathematischen- several departments and speak with December 12, 2007: Prof. Dr. Bernhard van Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Pots - leading researchers. Lengerich and Jim Kirkwood, General dam sowie Prof. Gerhard Paul Püschel (h.) vom Institut für Ernährungswissenschaft der Universität Potsdam. Mills, USA, and Dr. Ravi Mennon, Bell Selected snapshots are shown here and on June 25, 2008: DIfE's Prof. Hans-Georg Joost (r.) Institute for Health and Nutrition, USA, the previous page. welcoming Executive Director Dr. Barbara Schneider (l.) visit DIfE. and Dean Prof. Reimund Gerhard (c.), Faculty of Mathe - matics/Science, and Prof. Gerhard Paul Püschel (b.), Institute of Nutrition, all University of Potsdam.

18. Juni 2008: Dr. Gisela Olias stellt Doktoranden der Humboldt- 8. Juli 2008: Prof. Hans-Georg Joost (r.) trifft Bundestagsabgeordnete Universität Berlin das DIfE vor. Anschließend fand ein Gedanken - Katherina Reiche (l.) und Ursula Heinen (m.), Bundestagsabgeordnete und austausch mit DIfE-Doktoranden statt (Foto: HU Berlin). Parlamentarische Staatssekretärin beim Bun desminister für Ernährung, June 18, 2008: Dr. Gisela Olias introducing DIfE to doctoral students of Landwirtschaft und Verbraucherschutz. the Humboldt University of Berlin. This was followed by a discussion with July 8, 2008: Prof. Hans-Georg Joost (r.) meeting German Bundestag DIfE doctoral students (photo: HU Berlin). parliamentarians Katherina Reiche (l.) and Ursula Heinen (c.), Parliamentary State Secretary, Federal Ministry of Food, Agriculture, and Consumer Protection.

21. Oktober 2008: Bundestagsabgeordnete Andrea Wicklein (l.) besucht 11. Dezember 2008: Biochemie-Studenten der FU Berlin besichtigen die das DIfE (r.: Prof. Hans-Georg Joost). Abteilung Molekulare Genetik. October 21, 2008: German Bundestag parliamentarian Andrea Wicklein December 11, 2008: Biochemistry students (Free University of Berlin) on (l.), here with Prof. Hans-Georg Joost (r.), visiting DIfE. a tour of the Department of Molecular Genetics. Mitarbeiter 2007/2008 74 Staff 2007/2008

Vorstand Stähler, Frauke, Dr. Jaschke, Alexander, Dipl.-Biochem. Loeffelholz, Christian von, Dr. Board Thalmann, Sophie, Dipl.-Biochem. Rischke, Brigitte Mauer, Sandra Voigt, Anja, Dipl.-Biotechnol. Schmith, Anika, Dipl.-Biol. Möhlig, Matthias, PD Dr. Brüning, Silke Winnig, Marcel, Dr. (ausgeschieden Schürmann-Bartsch, Annette, (ausgeschieden 2007) Glindemann, Brigitte 2007) Prof. Dr. Müller, Friederike, Medizinerin Gutsche, Christian Teichmann, Andrea Osterhoff, Martin, Dr. Joost, Hans-Georg, Prof. Dr. Dr. Zahn, Claudia, Dr. (ausgeschieden Pfeiffer, Andreas, Prof. Dr. Kohlmann, Gudrun 2008) Pivovarova, Olga, Biologin (M.Sc.) Lammersmann, Monika Abteilung Pharmakologie Richter, Susann (ausgeschieden 2007) Department of Pharmacology Rudovich, Natalia, Dr. Schäfer, Judith, Dr. (ausgeschieden 2008) Schmidt, Anke, Dr. Boche, Nicole (ausgeschieden 2008) Abteilung Pharmakologie / Sabath, Markus, Dipl.-Biol. Schulz, Hartmut, Dr. Borchert, Carolin Arbeitsgruppe Physiologie des Schmidt, Berit Wagner, Karen, Dr. Brönneke, Hella, Dr. (ausgeschieden Energiestoffwechsels Schüler, Rita, Dipl.-Ern.-Wiss. Wirth, Stephanie 2007) Department of Pharmacology / Schultz, Tim-Julius, Dr. Buchmann, Jana, Dipl.-Biochem. Section – Physiology of the (ausgeschieden 2007) Chadt, Alexandra, Dipl.-Biol. Energy Metabolism Simon, Kristin Dokas, Janine, Dipl-Biochem. Spranger, Joachim, Prof. Dr. Abteilung Molekulare Genetik Dreja, Tanja, Dipl.-Biochem. Albrecht, Petra (ausgeschieden 2007) Department of Molecular Genetics Fahrenwaldt, Cornelia, Dipl.-Biol. Fleißner, Christine, Dipl.-Biol. Sprengel, Katrin (ausgeschieden 2008) Friedrich, Maika, Dipl.-Ern.-Wiss. Batram, Claudia, Dr. Sucher, Stephanie, Dipl.-Ern.-Wiss. Großmann, Peggy Hof, Jana, Dipl.-Ern.-Wiss. Behrens, Maik, Dr. Treu, Katja Joost, Hans-Georg, Prof. Dr. Dr. Katterle, Yvonne, Dr. (ausgeschieden Biedasek, Katrin, Ökothrophologin Voigt, Anja, Dr. (ausgeschieden Kaiser, Daniel, Molekularbiologe 2007) (M.Sc.) (ausgeschieden 2008) 2008) (M.Sc.) Keipert, Susanne, Dipl.-Biol. Born, Stephan, Dipl.-Biochem. Wagner, Andreas Karasinsky, Anne Klaus, Susanne, Prof. Dr. Brockhoff, Anne, Dipl.-Ern.-Wiss. Wegewitz, Uta, Dr. (ausgeschieden Kirchner, Henriette, Dipl.-Ern-Wiss. Noatsch, Anne, Dipl.-Ern.-Wiss. Bromke, Marta, Biotechnologin 2007) Kluge, Reinhart, Dr. Petzke, Klaus-Jürgen, Dr. (M.Sc.) Weickert, Martin, Dr. Kluth, Oliver, Dipl.-Biochem. Schaller, Karin Bufe, Bernd, Dr. (ausgeschieden Ziegenhorn, Andrea Laake, Janet, Dipl.-Ern.-Wiss. Scherbarth, Frank, Dr. 2007) Leicht, Katja, Dipl.-Ern.-Wiss. (ausgeschieden 2008) Buyandelger, Byambajav, Dr. Mirhashemi, Farshad, Pharmazeut Sylvester, Antje (ausgeschieden 2007) Neschen, Susanne, Dr. Chudoba, Elke (ausgeschieden 2008) Abteilung Epidemiologie Demgensky, Stefanie Neumann, Franziska, Dipl.-Nat. Department of Epidemiology Hübner, Sandra, Dipl.-Biol. Niehaus, Monika Abteilung Klinische Ernährung Kohl, Susann, Biochemikerin (M.Sc.) Behling, Kay Plaue, Carola Department of Clinical Krautwurst, Dietmar, Dr. Bergmann, Manuela, Dr. Rath, Michaela Nutrition (ausgeschieden 2008) Bernigau, Wolfgang Scherneck, Stephan, Dr. Kuhn, Christina, Dr. (ausgeschieden Andres, Janin, Dipl.-Biochem. Boeing, Heiner, Prof. Dr. Schmolz, Katja, Dipl.-Biol. 2007) (ausgeschieden 2008) Buijsse, Brian, Dr. (ausgeschieden 2007) Kuhnert, Robert Bobbert, Thomas, Dr. Cordero Gonzáles, Zorabel, Master Schulz, Nadja, Dipl.-Ern.-Wiss. Lorse, Martina (ausgeschieden 2007) of Nutrition (ausgeschieden Seelig, Anett Loßow, Kristina, Dipl.-Ern.-Wiss. Böhm, Brigitte 2008) Strohm, Daniela, Dipl.-Oecotroph. Maischack, Horst Bumke-Vogt, Christiane, Dr. Czullay, Birgit Tischer, Sina, Dipl.-Ern.-Wiss. Meyerhof, Wolfgang, Prof. Dr. El-Awad, Samja (ausgeschieden Dahm, Stefan, Dr. (ausgeschieden Vogel, Heike, Dipl.-Biol. Nitschke, Silvia, Dipl.-Ern.-Wiss. 2007) 2007) Warnke, Kathrin (ausgeschieden 2008) Fischer-Rosinský, Antje, Dr. Drogan, Dagmar, Dipl.-Ern.-Wiss. Wiedmer, Petra, Dr. Pyrski, Martina, Dr. (ausgeschieden (ausgeschieden 2008) Fisher, Eva, Dr. 2007) Gögebakan, Özlem, Dr. Fleischhauer, Wolfgang, Mediziner Redel, Ulrike Göhring, Isabel, Dr. Harttig, Ulrich, Dr. Gölke, Birgit (ausgeschieden 2007) Haubrock, Jennifer, Dipl.-Ghl. Reichling, Claudia, Dipl.-Biotechnol. Abteilung Pharmakologie / Gründel, Sindy, Dr. (ausgeschieden Heidemann, Christin, Dr. Riedel, Katja, Dipl.-Nat. Arbeitsgruppe Endokrine 2007) (ausgeschieden 2008) Rose, Sebastian (ausgeschieden Pharmakologie Hanebuth, Katrin, Dipl.-Ing. Hoffmann, Kurt, Dr. († 2007) 2007) Department of Pharmacology / Hannemann, Melanie Holmberg, Christine, Dr. Roudnitzky, Natacha, Section – Endocrine Henkel, Anja (ausgeschieden 2007) Ernährungswissenschaftlerin Pharmacology (M.Sc.) Heuer, Susanne, Dipl.-LMChem. Illner, Anne-Kathrin, Dipl.-Ern.-Wiss. Schmidt, Sabine, Dipl.-Biol. Al-Hasani, Hadi, PD Dr. (ausgeschieden 2008) Knüppel, Sven, Dipl.-Math. (ausgeschieden 2008) Augustin, Robert, Dr. Hoffmann, Daniela Kohlsdorf, Ellen Schmidt, Stefan, Dr. (ausgeschieden 2007) Horchler, Birgit Kröger, Janine, Dipl.-Ern.-Wiss. Schöley-Pohl, Ellen Bernhardt, Ulrike, Dr. Hornemann, Silke, Medizinerin Kühn, Kathrein Schröder, Renate (ausgeschieden 2008) Huckauf, Nadine (ausgeschieden Nöthlings, Ute, Dr. Schultz, Stefanie Gawlik, Verena, Dipl.-Biol. 2007) Piechot, Herbert Shi, Peng, Dr. (ausgeschieden 2008) Hesse, Deike, Dipl.-Biol. Jahn, Beate († 2008) Pischon, Tobias, PD Dr. Shirokova, Elena, Dr. (ausgeschieden Hommel, Angela, Dr. Kohl, Angela, Dipl.-Oecotroph. Rüsten, Anne von, Dipl.-Ern.-Wiss. 2007) (ausgeschieden 2008) Kuhlow, Doreen, Dr. Schienkiewitz, Anja, Dr. 75

Schütze, Madlen, Dipl.-Ern.-Wiss. Hanisch, Christiana, Dipl.-Oeco - Sartig, Stephanie Krüger, Anja Schulze, Matthias, Prof. Dr. troph. (ausgeschieden 2007) Schnaak, Andreas Liebe, Erika (ausgeschieden 2008) Hanske, Laura, Dr. (ausgeschieden Schulz, Roger Wilke, Michaela Sluik, Diewertje, Ernährungs- und 2008) Siedentopf, Alexandra Gesundheitswissenschaftlerin Henderson, Gemma, Dr. (ausgeschieden 2007) (M.Sc.) (ausgeschieden 2008) Steinmeyer, Elvira Steffen, Annika, Dipl.-Oecotroph. Hübel, Nora, Dipl.-Ern.-Wiss. Thom, Elke Technik / Betrieb Teichmann, Andrea Junick, Jana, Dipl.-Biol. Wagner-Hopf, Astrid Technical and Service Vulprecht, Dagmar Kutschera, Maren, Dipl.-Ern.-Wiss. Weinert, Kerstin Department Wagner, Karen, Dr. Loh, Gunnar, Dr. Bünsch, Mario Weeske, Gabriele Matthies, Anastasia, Dipl.-Biochem. George, Reinhard Weikert, Cornelia, Dr. Reichardt, Nicole, Dipl.-Ern.-Wiss. Kirchner, Reiner Winkler, Cathrin, Dipl.-Ern.-Wiss. Sauer, Patrick, Dipl.-Biochem. Ernährungsberatungszentrum Liefeld, Mario (ausgeschieden 2008) (ausgeschieden 2007) Nutritional Counseling Center Luckmann, Andreas Schindler, Regine Gerbracht, Christiana, Dr. Retusch, Michael Schmidt, Sabine Hofmann, Christine Roeder, Ralph-Thomas Urbich, Marion Rudolph, Mario Abteilung Vogel-Scheel, Jacqueline, Witzmann, Olaf (ausgeschieden Ernährungstoxikologie Dipl.-Biochem. 2007) Department of Nutritional Wohlgemuth, Steffen, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Wuthe, Ralf Toxicology Dipl.-Ern.-Wiss. Press and Public Relations Baasanjav Gerber, Chimgee, Olias, Gisela, Dr. Biologin (M.Sc.) Ruprecht, Susann-Cathérine, Dipl.- Bakhiya, Nadiya, Dr. Allgemeine Dienste / Beschaffung Abteilung Biochemie der Ern.-Wiss. Batke, Monika, Dr. (ausgeschieden General Administration / Mikronährstoffe 2007) Purchasing Department Department of Biochemistry of Bauer-Marinovic, Morana, Dr. Micronutrients Gräser, Marina Braune, Sabine Bibliothek Heinrich, Helge Dobbernack, Gisela, Dipl.-Biol. Banning, Antje, Dr. (ausgeschieden Library Hirsch, Friedhelm Donath, Claudia, Dipl.-Ern.-Wiss. 2008) Krause, Marion (ausgeschieden 2008) Bittner, Jörg-Uwe Heidmann, Regine (ausgeschieden Osché, Elke Engst, Wolfram, Dr. Brigelius-Flohé, Regina, Prof. Dr. 2007) Pester, Silvia Florian, Simone, Dr. Deubel, Stefanie Kollhof, Dagmar Stüber, Linda (ausgeschieden 2008) Glatt, Hans-Rudolf, Prof. Dr. Haack, Michael, Dr. Gumz, Christine Heine, Markus, Dr. Katschak, Andrea Kipp, Anna, Dipl.-Oecotroph. Knuth, Brigitte Klein, Christian, Dr. (ausgeschieden Informationstechnik Auszubildende Kollock, Ronny, Dr. 2007) Information Technology Apprentices Meinl, Walter, Dr. Krehl, Susanne, Dipl.-Biol. Bäther, Olaf (ausgeschieden 2008) Meyer, Elisabeth Krohn, Elvira Bartylla, Christian Kozerke, Wolfgang, Dr. Monien, Bernhard, Dr. Löwinger, Maria, Dipl.-Ern.-Wiss. Börnert, Marie (ausgeschieden (ausgeschieden 2007) Müller, Carolin, Dipl.-LMChem. Nell, Sandra, Dipl.-Biol. 2007) Lux, Wolfgang Scholtyssek, Martina Schindler, Regine Frenzel, Sarah Munzke, Michael Schwenk, Jutta Schmitmeier, Stephanie, Dr. Großmann, Kathleen Senst, Andreas Sommer, Yasmin, Dr. Jungnickel, Christin Taubert, Dieter (ausgeschieden 2007) Sommer, Anne-Marie Woitkowiak, David (ausgeschieden Wend, Korinna, Dipl.-Ern.-Wiss. Woithe, Tom 2007) Max-Rubner-Laboratorium Max Rubner Laboratory Edwards, Ariane Abteilung Gastrointestinale Gericke, Damaris (ausgeschieden Personal- und Sozialwesen Mikrobiologie 2008) Personnel Department Department of Gastrointestinal Grüner, Ines Microbiology Goetzmann, Thekla Güldenpenning, Siegfried Ozierenski, Bärbel Alpert, Carl-Alfred, Dr. habil. Hase, Birgit (ausgeschieden 2008) Schmidt, Korinna Becker, Natalie, Dipl.-LMChem. Kluge, Reinhart, Dr. Zimmermann, Karin Blaut, Michael, Prof. Dr. Köllner, Katrin Braun, Jonathan, Dipl.-Biochem. König, Swetlana Braune, Annett, Dr. Krause, Janet Brodziak, Frances, Dipl.-Biol. Kröner, Janina Haushalts- und Budnowski, Julia, Dipl.-Biol. Lehmann, Ute Rechnungswesen Gruhl, Bärbel Liehl, Beate, Dr. Bookkeeping Department Gühler, Anke Mattern, Jasmin Haeger, Jeanett (ausgeschieden Olléon, Sarah (ausgeschieden 2007) Döring, Ann-Cathrin 2008) Plaue, Carola Draeger, Angelika Organigramm 76 Stand 31.12.2008 Organe des DIfE (Stand 31.12.2008) 77

Kuratorium Vorsitzende Advisory Board Chairperson Frau Konstanze Pistor, Potsdam

Stellvertr. Vorsitzender Vice Chairperson MinR Dr. Jürgen Roemer-Mähler, Bonn

Mitglieder Members Prof. Dr. Gudrun Brockmann, Berlin Prof. Dr. Annette Grüters-Kieslich, Berlin Prof. Dr. Dieter Häussinger, Düsseldorf Dr. Astrid Potz, Bonn Prof. Dr. Walter Rosenthal, Berlin Prof. Dr. Bernd Walz, Potsdam Prof. Dr. Otmar Wiestler, Heidelberg

Wissenschaftlicher Beirat Vorsitzender Scientific Advisory Board Chairperson Prof. Dr. Dieter Häussinger, Düsseldorf

Mitglieder Members Prof. Dr. Katja Becker, Gießen Prof. Dr. Gudrun Brockmann, Berlin Prof. Dr. Thomas Gudermann, Marburg Prof. Dr. Hans-Ulrich Häring, Tübingen Prof. Dr. Peter Morgan, Aberdeen/Großbritannien Prof. Dr. Walter Rosenthal, Berlin Prof. Dr. Thorkild Sørensen, Kopenhagen/Dänemark Prof. Dr. Otmar Wiestler, Heidelberg Organization Chart 78 As of December 31, 2008

Advisory Board Chairperson: Konstanze Pistor (MWFK) Scientific Advisory Board Vice Chairperson: MinR Dr. Jürgen Roemer-Mähler Chairperson: (BMBF) Prof. Dr. Dieter Häussinger

Scientific Council Assistant to Scientific Director Board of Directors Chairperson: Prof. Dr. Hans-Rudolf Glatt Dr. Anke Schmidt Scientific Director: Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Staff Council Press and Public Relations Administrative Director: Chairperson: Dr. Hartmut Schulz Dr. Klaus-Jürgen Petzke Dr. Gisela Olias

Research Departments

MOGE PHA KLE EPI ETOX GAMI BIM Molecular Pharmacology Clinical Nutrition Epidemiology Nutritional Gastrointestinal Biochemistry of Genetics Toxicology Microbiology Micronutrients

Prof. Dr. Prof. Dr. Dr. Prof. Dr. Prof. Dr. Prof. Dr. Prof. Dr. Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof Hans-Georg Joost Andreas F. H. Pfeiffer Heiner Boeing Hans-Rudolf Glatt Michael Blaut Regina Brigelius-Flohé

Sections

EPHEST BMK MWI Endocrine Physiology Biomarker Microbiota-Host- Pharmacology of Energy Interaction Metabolism (Junior Research Group)

Prof. Dr. Prof. Dr. PD Dr. Dr. Annette Schürmann Susanne Klaus Tobias Pischon Gunnar Loh

Central Facilities and Administration

Nutritional Max Rubner Library Information Administrative Counseling Center Laboratory Technology Project Management Dr. Christiana Gerbracht Dr. Reinhart Kluge Dagmar Kollhof Wolfgang Lux Dr. Judith Schäfer

Personnel and Budget and Technical Services General Services/ Social Services Accountancy Procurement Bärbel Ozierenski Michaela Wilke Mario Rudolph Marion Krause 79

Sie erreichen das DIfE

mit dem Auto: von Potsdam: Heinrich-Mann-Allee Richtung Bergholz-Rehbrücke zur Arthur- Scheunert-Allee (Entfernung ab Stadtzentrum ca.7 km) von Berlin: A 115 (AVUS) Richtung Hannover bis Ausfahrt Saarmund, dann Richtung Potsdam, die Zufahrt über Alice-Bloch-Straße zum DIfE, Haus V befindet sich nach ca. 1,2 km auf der linken Seite, das DIfE-Hauptgebäude (Haus E) befindet sich nach ca. 2 km auf der rechten Seite aus allen anderen Richtungen: über den Berliner Ring, Abzweig Dreieck Nuthetal, die A 115 (AVUS) Richtung Berlin bis Ausfahrt Saarmund, folgen Sie dann dem Wegweiser Potsdam

mit öffentlichen Verkehrsmitteln: von Potsdam: mit dem Bus 611 ab „Potsdam Hauptbahnhof“ bis Haltestelle „Ernährungs institut“ (fährt i.d.R. stündlich), mit den Straßen - bahnlinien 91 oder 93 bis Endhaltestelle „Bahnhof-Rehbrücke“, dann weiter mit dem Bus 611 bis Haltestelle „Ernährungs - institut“ (fährt i.d.R. stündlich) oder zu Fuß ca. 1,3 km auf der Arthur-Scheunert-Allee, das DIfE-Hauptgebäude (Haus E) befindet sich aus dieser Richtung kommend auf der linken Seite von Berlin: mit dem Regionalexpress (RE7) ab Bahnhof „Alexander platz“, „Friedrichstraße“, „Berlin Hauptbahnhof“, „Zoologi scher Garten“ in Richtung Belzig oder Dessau bis Bahn hof „Potsdam- Rehbrücke“, dann weiter wie von Potsdam oder mit dem Regionalexpress (RE1) ab Bahnhof „Alexander - platz“, „Friedrichstraße“, „Berlin Haupt bahn hof“ oder „Zoo logi - scher Garten“ in Richtung Branden burg oder Magdeburg bis „Potsdam-Hauptbahnhof“, dann weiter mit den Straßenbahn - linien 91 oder 93, weiter wie von Potsdam oder ab „Wannsee“ mit dem Regionalexpress in Rich tung Belzig oder Dessau oder mit der Märkischen Regiobahn (MR33) in Richtung Jüterbog oder Beelitz bis Bahnhof „Potsdam- Rehbrücke“, dann weiter wie von Potsdam aus allen anderen Richtungen: mit der Bahn bis Bahnhof „Berlin Wannsee“ oder „Potsdam Stadt“ mit dem Flugzeug bis Berlin-Tegel oder -Schönefeld, dann wie oben beschrieben weiter mit öffentlichen Verkehrs mitteln oder How to get to DIfE einem Mietwagen/Taxi by air: preferably to Berlin-Tegel airport, from there by bus (line X9) to train station “Berlin-Zoologischer Garten” and further by train (direction Belzig or Dessau) to station “Potsdam-Rehbrücke”, continue along Arthur- Scheunert-Allee by bus (line 611, bus stop near the tram platform) to bus stop “Ernährungsinstitut” or on foot in the same direction (about 15 minutes walking time, 1.3 km), DIfE main building (Haus E) is located on the left or alternatively from “Berlin-Zoologischer Garten” further by train (direction Brandenburg or Magdeburg) to “Potsdam-Hauptbahnhof”, from there by tram (line 91 or 93) in direction “Bahnhof Rehbrücke” out of town to the end of the line, continue along Arthur-Scheunert-Allee by bus (line 611, bus stop near the tram platform) to bus stop “Ernährungsinstitut” or walk in the same direction (about 15 minutes walking time, 1.3 km) by train: to “Potsdam-Hauptbahnhof”, from there by tram (line 91 or 93) direction “Bahnhof Rehbrücke” out of town to the end of the line, continue along Arthur-Scheunert-Allee by bus (line 611, bus stop near the tram platform) to bus stop “Ernährungsinstitut” or on foot in the same direction (about 15 minutes walking time, 1.3 km), DIfE main building (Haus E) is located on the left to “Berlin Hauptbahnhof” and further by train (direction Belzig or Dessau) to station “Potsdam-Rehbrücke”, continue along Arthur-Scheunert-Allee by bus (line 611, bus stop near the tram platform) to bus stop “Ernährungs institut” or on foot in the same direction (about 15 minutes walking time, 1.3 km) to “Berlin-Wannsee”, from there by train to station “Potsdam-Rehbrücke” (direction Belzig, Beelitz, Jüterbog or Dessau), continue along Arthur-Scheunert-Allee by bus (line 611, bus stop near the tram platform) to bus stop “Ernährungsinstitut” or on foot in the same direction (about 15 minutes walking time, 1.3 km) by car: via Berliner Ring (A 10) to junction “Dreieck Nuthetal”, from there in direction Berlin to exit “Saarmund”, further on to the right, continue for about 1.2 km and enter Alice-Bloch-Straße on the left to get to DIfE premises V (Haus V) or continue for about 2 km to get to DIfE main building (Haus E) on the right 80

Kontakt/Contact:

Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) Arthur-Scheunert-Allee 114-116 14558 Nuthetal

Telefon: +49 (0)33 200 88 335 Telefax: +49 (0)33 200 88 503 E-Mail: [email protected] Web: www.dife.de

Innenhof, Haus E Courtyard, building E

Das DIfE ist Mitglied der DIfE is member of the Leibniz-Gemeinschaft (WGL) Leibniz Association (WGL)

Zur Leibniz-Gemeinschaft gehören zurzeit The Leibniz Association is a network of 86 86 Forschungsinstitute und Service- scientifically, legally and economically einrichtungen für die Forschung sowie independent research institutes and sci- drei assoziierte Mitglieder. Die Ausrich- entific service facilities. Leibniz Institutes tung der Leibniz-Institute reicht von den perform strategic and thematically ori- Natur-, Ingenieur- und Umwelt wissen- ented research and offer scientific service schaften über die Wirtschafts-, Sozial- of national significance and strive for und Raumwissenschaften bis hin zu den scientific solutions for major social Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute challenges. bearbeiten gesamtgesellschaftlich rele- Leibniz Institutes employ more than DIfE-Gästehaus, Gelände E vante Fragestellungen strategisch und 14,200 employees, thereof 6,500 are aca- DIfE guest house, premises E themenorientiert. Dabei bedienen sie demics, including 2,500 junior scientists. sich verschiedener Forschungstypen wie Leibniz Institutes maintain 2,200 major Grundlagen-, Groß- und anwendungsori- national and 1,300 international scientific entierter Forschung. Sie legen neben der cooperations. About 2,300 foreign scien- Forschung großen Wert auf wissen- tists come for temporary work at Leibniz schaftliche Dienstleistungen sowie Institutes each year. Third party funds of Wissenstransfer in Richtung Politik, Wis- 230 million Euro per year indicate high senschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit. competitiveness and excellence. Sie pflegen intensive Kooperationen mit Leibniz Institutes have collected 26 million Hochschulen, Industrie und anderen Euro from the European Union, 45 million Partnern im In- und Ausland. Das externe Euro from the Deutsche Forschungs- Begutachtungsverfahren der Leibniz- gemeinschaft (German Research Foun- Gemeinschaft setzt Maßstäbe. Jedes dation, DFG) and 59 million Euro from Leibniz-Institut hat eine Aufgabe von industry co-operations in 2007. The total gesamtstaatlicher Bedeutung. Bund und budget of all Leibniz Institutes amounts to Otto-Warburg-Laboratorium, Gelände V Länder fördern die Institute der Leibniz- more than 1.1 billion Euro. Otto Warburg Laboratory, premises V Gemeinschaft daher gemeinsam. Die Leibniz Institutes contribute to clusters of Leibniz-Institute beschäftigen etwa excellence on fields as Mathematics, 14.200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, Optic Technologies, Materials Research, davon sind ca. 6.500 Wissenschaftler, Medicine, Climate and Environmental davon wiederum 2.500 Nachwuchs wis- Research, Bio- and Nanotechnology as senschaftler. Der Gesamtetat der well as humanities, economics and social Institute liegt bei mehr als 1,1 Mrd. Euro, sciences. Leibniz Institutes foster close die Drittmittel betragen etwa 230 Mio. cooperations with universities, industry, Euro pro Jahr. and other research institutes, both in Germany and abroad. The Leibniz Näheres unter Association has developed a comprehen- www.leibniz-gemeinschaft.de sive system of quality management. In the unique peer review evaluation process, independent experts assess every institute at regular intervals. Alte Villa, Gelände V Old mansion, premises V www.leibniz-association.eu Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke German Institute of Human Nutrition

arseih 2007–2008 Jahresbericht

www.dife.de

Jahresbericht Annual Report 2007–2008

Deutsches Institut

für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke

Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft Member of the Leibniz Association