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

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

Jahresbericht Annual Report 2003–2004 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: Monika Lammersmann

Gesamtherstellung: Schröders Agentur für Design · Druck · Verlag Vopeliuspfad 6 14169 Berlin Tel.: +(49)-30-80581400 Fax: +(49)-30-80581401 [email protected] www.schroeders-agentur.de

Bildnachweis/Photocredits: Cover: DIfE Innenteil: DIfE; S.67, Foto: 08.06.04 Forschungszentrum Rossendorf Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke Jahresbericht 2003–2004

German Institute of Human Nutrition Annual Report 2003–2004

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 angewandte experimental and clinical research in the Forschung auf dem Gebiet Ernährung und field of nutrition and health. Its aim is to Gesundheit zu betreiben. Das Ziel ist, die understand the molecular basis of nutrition- molekularen Ursachen ernährungsbedingter dependent diseases, and to develop new Erkrankungen zu erforschen und neue Stra- strategies for prevention, treatment, and tegien für Prävention, Therapie und Ernäh- nutritional recommendations. Scientists at rungsempfehlungen zu entwickeln. Die DIfE pursue these scientific goals by inter- Grundlagen dafür werden von den am DIfE disciplinary cooperation comprising a broad tätigen Wissenschaftlern in interdisziplinärer spectrum of experimental and epidemio- Zusammenarbeit mit einem breiten natur- logical methods. A particular focus of the wissenschaftlichen, medizinischen und epi- institute is research on the most important demiologischen Methodenspektrum erarbei- diseases at present, i.e., obesity, diabetes, tet. Dabei konzentriert sich das Institut be- and cancer, whose development may sonders auf die zurzeit wichtigsten Erkran- involve nutrition-dependent factors. kungen, an deren Entstehung ernährungs- DIfE was established in 1992 by the Federal bedingte Faktoren beteiligt sein können: Republic of Germany and the State of Adipositas, Diabetes und Krebs. Brandenburg as an independent founda- Das DIfE wurde 1992 von der Bundesrepublik tion. It is a member of the Leibniz-Gemein- Deutschland und dem Land Brandenburg schaft, an alliance of scientific institutions. als selbstständige Stiftung des öffentlichen DIfE originated from the Zentralinstitut für Rechts gegründet und ist Mitglied der Ernährung der Akademie der Wissenschaften Leibniz-Gemeinschaft. Hervorgegangen ist of the German Democratic Republic, das DIfE aus dem Zentralinstitut für Ernäh- which was derived from the Institut für rung der Akademie der Wissenschaften der Ernährungs- und Verpflegungswissen- DDR, das seinen Ursprung in dem 1946 in schaften, where nutrition research had Rehbrücke gegründeten Institut für Ernäh- started in 1946. rungs- und Verpflegungswissenschaften hat. The academic members of the DIfE have Mitarbeiter des DIfE übernehmen Lehrver- teaching obligations in nutritional sciences pflichtungen im Studiengang Ernährungs- at the Universität Potsdam and in medicine wissenschaften an der Universität Potsdam at the Freie Universität Berlin. und im Studiengang Medizin an der Freien Universität Berlin. Vorwort 2

Preface

In 2003, DIfE entered its second decade Mit dem Jahr 2003 begann das DIfE das after having its establishment in 1992. zweite Jahrzehnt seines Bestehens nach der Within this twelve-year period, the institute Neugründung im Jahre 1992. In zwölf Jahren has gained a reputation as a national ist es dem DIfE gelungen, sich als nationales center of competence in the field of Kompetenzzentrum auf dem Gebiet der nutrition research. Our scientists investigate Ernährungsforschung zu etablieren. Die the relationship between nutrition and Wissenschaftler des DIfE untersuchen die health by a combination of molecular, Zusammenhänge zwischen Ernährung und clinical, and epidemiological research which Krankheitsentstehung in einer für Deutsch- is unique in Germany. land einzigartigen Kombination von mole- During 2003 and 2004, DIfE has substantially kularer, klinischer und epidemiologischer focused its research profile. It now Ernährungsforschung. Damit legen sie die concentrates on the most important Grundlagen für wissenschaftlich basierte diseases in which nutrition plays a Ernährungsempfehlungen. preventive role: the metabolic syndrome as Im Berichtszeitraum hat das DIfE sein well as cancer. DIfE members published Forschungsprofil deutlich fokussiert. Es several important papers in these research konzentriert sich nun auf die zurzeit wich- areas (see page 4). In addition, DIfE will tigsten ernährungsassoziierten Krankheiten, strengthen its expertise by establishing a insbesondere das Metabolische Syndrom Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost professorship and a department “Human sowie die Rolle der Ernährung in der Krebs- Nutrigenomics”, in cooperation with the entstehung. Mitarbeiter des DIfE veröffent- Potsdam University. lichten 2003 und 2004 mehrere wegwei- vom Bundesministerium für Bildung und Many questions in the field of nutritional sende Publikationen auf diesen Gebieten Forschung (BMBF) geförderten nationalen research cannot be answered by a single (s. Bericht auf S. 4). Das DIfE wird sich zudem Genomforschungs-Netzwerks (NGFN2). institute. In order to meet the challenging durch Einrichtung einer Abteilung Humane Leider wirken sich die finanziellen Probleme demands in this field, DIfE has joined Nutrigenomik verstärken, die Leitungs- von Bund und Land auch auf die Arbeit des forces with other European research position ist als gemeinsame Berufung mit DIfE aus. Die Personal- und Sachmittelkosten institutes, and has initiated two networks der Universität Potsdam ausgeschrieben. steigen stärker als unser Etat. Durch Dritt- of excellence that are sponsored by the Viele der heutigen Fragestellungen auf dem mittel-Einwerbung konnte dies bislang zum European Union (NUGONET and EUGENE2). Gebiet der Ernährungsforschung können Teil, aber nicht völlig kompensiert werden, so DIfE also carries out two projects within the nicht mehr von einem einzelnen Institut dass das Institut erstmals nicht alle Stellen national network on genome research allein bearbeitet werden. Um den gestiege- besetzen kann. (NGFN2) sponsored by BMBF (national nen Anforderungen gewachsen zu sein, hat Der Vorstand möchte allen Mitarbeiterinnen ministry of education and research). das DIfE deshalb seine Aktivitäten mit denen und Mitarbeitern des DIfE herzlich für ihre Unfortunately, our scientific work is anderer europäischer Forschungsinstitute Arbeit danken. Ebenso gilt unser herzlicher affected by the poor financial situation vernetzt und sich zwei von der Europäischen Dank allen Freunden und Förderern aus in the public sector. Expenditures for Union geförderten Kompetenz-Netzwerken Wissenschaft, Politik und Wirtschaft. Wir personnel and consumables are rising to angeschlossen (NUGONET und EUGENE2). brauchen Ihre Unterstützung auch bei der an extent that exceeds our budget. With Es ist zudem mit zwei Projekten Mitglied des zukünftigen Entwicklung des Instituts! external funding, we have been able to compensate this deficit in part, but not entirely. Thus, for the first time the institute had to reduce its staff. The board of directors wishes to thank all members of the institute for their committed work. We also thank all friends and sponsors from science, politics and industry. We need your continuous support for the future development of the institute!

Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Scientific Director

Dr. Hartmut Schulz Administrative Director

Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Dr. Hartmut Schulz Wissenschaftlicher Direktor Administrativer Direktor Inhaltsverzeichnis 3

Content

Vorwort ...... 2 Preface

Ernährungsforschung am DIfE 2003–2004 ...... 4 Nutritional Research at DIfE 2003–2004 Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost

Abteilung Molekulare Genetik (MOGE) ...... 8 Department of Molecular Genetics Leitung: Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof

Abteilung Pharmakologie (PHA) ...... 13 Department of Pharmacology Leitung: Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost

Arbeitsgruppe Physiologie des Energiestoffwechsels (EST) ...... 18 Laboratory of Physiology of Energy Leitung: Prof. Dr. Susanne Klaus Metabolism

Abteilung Klinische Ernährung (KLE) ...... 22 Department of Clinical Nutrition Leitung: Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer

Abteilung Interventionsstudien (IVS) ...... 27 Department of Intervention Studies Leitung: Prof. Dr. Hans-Joachim F. Zunft

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

Abteilung Ernährungstoxikologie (ETOX) ...... 37 Department of Nutritional Toxicology Leitung: Prof. Dr. Hans-Rudolf Glatt

Abteilung Gastrointestinale Mikrobiologie (GAMI) ...... 42 Department of Gastrointestinal Leitung: Prof. Dr. Michael Blaut Microbiology

Abteilung Biochemie der Mikronährstoffe (BIM) ...... 47 Department of Biochemistry of Leitung: Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohé Micronutrients

Arbeitsgruppe Präventiv-Medizinische Lebensmittelforschung (PML) ...... 52 Laboratory of Food Chemistry and Leitung: PD Dr. Ralf Stohwasser Preventive Nutrition

Ernährungsberatungszentrum (EBZ) ...... 56 Nutritional Counseling Center Leitung: Dr. Christiana Einig

Max-Rubner-Laboratorium (MRL) ...... 57 Max Rubner Laboratory Leitung: Dr. Reinhart Kluge

Ehrungen, Forschungspreise und Dissertationen ...... 58 Honours, Awards and Dissertations

Veranstaltungen ...... 59 Lectures and Conferences

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit 2003–2004 ...... 62 Press and Public Relations 2003–2004

Gäste und Begegnungen ...... 66 Guests and Meetings

Mitarbeiter 2003–2004 ...... 68 Staff 2003–2004

Organigramm ...... 70 Organisation structure

Organe des DIfE ...... 72 Boards of DIfE

Anfahrt ...... 73 How to get to DIfE Ernährungsforschung am DIfE 2003–2004 4 Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost

Nutritional Research at DIfE 2003–2004 Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost

Nutritional research should have two Ernährungsforschung sollte sich an zwei all- tigste Folgekomplikation, der Typ-2-Diabetes, general aims: to enhance our knowledge on gemeinen Zielen orientieren: als Grundlagen- in allen westlichen Ländern dramatisch zu. the function of nutrients and non-nutritive forschung sollte sie Erkenntnisse zur Funk- Dieser Trend lässt sich auch in der von der food components through basic research, tion von Nährstoffen und Nahrungsinhalts- Abteilung Epidemiologie (EPI) des DIfE durch- and to contribute to the understanding and stoffen liefern und als angewandte Wissen- geführten EPIC-Potsdam-Studie (European prevention of nutrition-associated diseases schaft sollte sie zum Verständnis und zur Prospective Investigation into Cancer and through applied science. These goals can Prävention ernährungsbedingter Erkrankun- Nutrition) beobachten. Die gesetzlichen only be reached by combining experimental gen beitragen. Diese Ziele lassen sich nur in Krankenkassen müssen bereits jetzt für die research, which uses state-of-the-art der Kombination von experimenteller Grund- Pharmakotherapie des Metabolischen molecular and cellular methods, with lagenforschung, die modernste molekular- Syndroms und seiner Folgen etwa 6 Milliar- clinical and epidemiological research. This und zellbiologische Methoden nutzt, mit den Euro pro Jahr aufwenden. Trotz Behand- combination has been established at DIfE, klinischer und epidemiologischer Forschung lung verkürzen die Folgekomplikationen die in accordance with its founding concept. erreichen, wie sie am DIfE entsprechend Lebenserwartung um ungefähr acht Jahre; Nutritional research at DIfE targets two seinem Gründungskonzept vorhanden ist. konservative Schätzungen erwarten eine priority areas: Die Ernährungsforschung am DIfE bearbeitet Verdoppelung der Häufigkeit dieser Erkran- • cause and consequences of the metabolic vorrangig die beiden Schwerpunkte: kung in den nächsten vier bis sechs Jahren. Es syndrome • Ursachen und Folgen des Metabolischen wird deshalb zur Senkung der durchschnitt- • the role of nutrition in the development Syndroms lichen Lebenserwartung und zu einer kata- of cancer • die Rolle der Ernährung in der Krebs- strophalen Entwicklung der Arzneimittelaus- and thus concentrates on the two nutrition- entstehung gabe kommen, wenn es nicht gelingt, diesen associated diseases that are most prevalent und konzentriert sich damit auf die beiden Trend umzukehren oder wenigstens zu stop- nowadays and in the foreseeable future. zahlenmäßig wichtigsten ernährungsbeding- pen. Hierzu sind grundlegende Erkenntnisse ten Krankheitskomplexe. zu den Entstehungsmechanismen der Er- The metabolic syndrome is a complex of krankung ebenso wie wirksame Strategien symptoms including obesity, hypertension, Als Metabolisches Syndrom bezeichnet man zur Behandlung der Adipositas erforderlich. insulin resistance, and dyslipoproteinemia. den Symptomenkomplex Adipositas, Hyper- The syndrome has a genetic basis, but its tonie, Insulinresistenz und Cholesterin- Wichtige Fortschritte in der Aufklärung der development is caused by the “adipogenic” Stoffwechselstörung. Das Syndrom hat eine genetischen Ursachen des Metabolischen lifestyle, which is prevalent in industrialized genetische Grundlage, wird aber erst durch Syndroms wurden in den Abteilungen Phar- countries: high caloric intake combined die in Ländern mit „westlichem Lebensstil“ makologie (PHA) und Klinische Ernährung with low physical activity. Incidence and häufige positive Energiebilanz (hohe Kalorien- (KLE) gemacht. Mit Mausmodellen wurden severity of the syndrome as well as its most aufnahme bei geringer körperlicher Aktivität) Gene lokalisiert, die für Übergewicht oder important complication, type 2 diabetes, ausgelöst. Häufigkeit und Schweregrad des Diabetes verantwortlich sind. Die Wirkung are increasing dramatically in all Western Syndroms nehmen ebenso wie seine wich- dieser Gene wird durch die Ernährungsweise, countries. This trend can also be observed in the EPIC-Potsdam Study (European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition). The public health-insurance system in Germany has to pay nearly 6 billion euros annually for drugs to treat the metabolic syndrome and its secondary complications. Despite treatment, these complications reduce life expectancy by approximately eight years; conservative estimates expect the incidence to double within the next four to six years. This development will result in a decrease in average life expectancy and a disastrous rise in expenditures for pharmaceuticals, if the trend cannot be reversed or at least brought to a halt. In order to accomplish this, a basic knowledge of the pathogenesis of the syndrome is required as well as effective strategies for treatment of obesity. Significant progress in elucidating the genetic basis of the metabolic syndrome has been made in the Department of Pharmacology (PHA) and the Department of Clinical Nutrition (KLE). Genes responsible

᭿1 Mouse strain with polygenic obesity. The strain is a model for the human metabolic ᭿1 Mausstamm mit polygener Adipositas, der ein Modell für das menschliche Metabolische Syndrom syndrome and its complications. und dessen Komplikationen darstellt. 5

Den Abteilungen Epidemiologie (EPI) und ᭿2 Three-dimensional protein structure deduced Klinische Ernährung (KLE) gelang es zudem, from X-ray analysis of a homotrimeric fragment einen Zusammenhang zwischen Varianten of adiponectin, a serum protein secreted from fat cells. Low serum concentrations are a risk factor der Gene sowohl des Interleukin-6 als auch for later development of diabetes mellitus. des Adiponectin und der Diabetesentstehung herzustellen. Hiermit ist ein Anfang gemacht, for overweight or diabetes have been die komplexe genetische Grundlage, an der localized in mouse models. The effects of sehr wahrscheinlich eine große Zahl von ver- these genes is modified by the type of schiedenen Genvarianten beteiligt ist, auf- nutrition, e.g., enhanced by a high-fat diet. zuklären. Overweight only led to diabetes mellitus when diabetes genes were present and, Die Forschung am DIfE hat gezeigt, dass vice versa, genes for diabetes only became Übergewicht durch Störungen in den bio- effective in combination with overweight. logischen Mechanismen der Energiebilanz This means that body-weight control and bedingt ist, vor allem in Störungen des Hun- possibly the type of nutrition (e.g., low-fat ᭿ gergefühls und des Energiestoffwechsels. 2 Mit Röntgenstrukturanalyse ermittelte Pro- diet) can prevent diabetes mellitus. DIfE teinstruktur eines Homotrimer-Fragmentes von Damit wirkt unsere Forschung dem Vorurteil research staff were able to demonstrate in Adiponectin. Adiponectin ist ein Serumprotein, das entgegen, dass Übergewicht eine Verhaltens- a transgenic mouse model that an impair- von Fettzellen sezerniert wird. Niedrige Serumkon- störung ist oder Willensschwäche anzeigt; ment of cellular energy metabolism led to a zentrationen dieses Proteins sind ein Risikofaktor ein Vorurteil, das in unserer Gesellschaft für die spätere Entstehung des Diabetes mellitus. deterioration of function in insulin-produc- häufig ist und die Betroffenen stigmatisiert. Quelle: PDB (Protein Datenbank), www.rscb.org, ing cells, thus leading to diabetes mellitus Es ist vielmehr so, dass Personen mit Über- PDB ID: 1c28, Shapiro, L., Scherer, P.E.: The crystal (Department of Clinical Nutrition [KLE]). structure of a complement-1q family protein sug- gewicht mehr essen, als zum Erhalt des The Departments of Epidemiology (EPI) and gests an evolutionary link to tumor necrosis factor. normalen Körpergewichts nötig ist, weil sie Clinical Nutrition (KLE) cooperated in identi- Curr. Biol. 8, 335-340 (1998). ein inadäquat zu hohes Hungergefühl und fying two cytokines – serum proteins with zudem einen zu niedrigen Energieverbrauch z.B. durch fettreiche Ernährung, verstärkt. a biological function – as risk factors in the als Normalgewichtige haben. Übergewicht führte erst dann zum Diabetes development of type 2 diabetes in subjects mellitus, wenn Diabetesgene vorhanden In großen Teilen der Gesellschaft ist bekannt, of the Potsdam-EPIC Study: interleukin-6, sind; umgekehrt sind die Diabetesgene nur wie eine gesunde Ernährung aussehen sollte. an inflammatory-response mediator, and in Kombination mit Übergewicht wirksam. Paradoxerweise hat dieses Wissen in der täg- adiponectin, a protein produced and Dies bedeutet, dass Gewichtskontrollen und lichen Praxis die tatsächliche Ernährungs- secreted by adipose tissue. Elevated con- möglicherweise auch die Ernährungsweise weise aber kaum beeinflusst: bevorzugt wird centrations of interleukin-6 in serum are a (z.B. fettarme Ernährung) einen Diabetes häufig eine wenig sättigende, kalorienreiche risk factor for the later onset of diabetes mellitus verhindern kann. Mit einem trans- Kost, die das Entstehen von Übergewicht mellitus. This leads to the conclusion that genen Mausmodell zeigten Mitarbeiter des begünstigt. Die Forschung des Instituts the immune system and inflammatory DIfE zudem, dass eine Störung der zellulären konzentriert sich deshalb auch auf die bio- processes are involved in the degeneration Energiegewinnung zum Funktionsverlust logischen Mechanismen, die eine Präferenz of the insulin-producing cells of the pancreas. insulinbildender Zellen und damit zum für bestimmte Nährstoffe bewirken. Hierzu Adiponectin apparently is a protective Diabetes mellitus führt (KLE, Arbeitsgruppe werden Peptidhormone untersucht, die das factor, since low serum concentrations are Ristow). In einer Kooperation der Abteilungen Hungergefühl kontrollieren, sowie die mole- associated with a higher risk of diabetes Epidemiologie (EPI) und Klinische Ernährung kularen Mechanismen von Geruchs- und mellitus. Therefore, present research is (KLE) ließen sich durch Untersuchung der Geschmackserkennung. Von der Abteilung focussed on the role of adipose tissue, Potsdamer EPIC-Probanden zwei sogenannte Molekulare Genetik (MOGE) werden die the regulation of insulin action, and the Zytokine – Serumproteine mit biologischer development of islet-cell degeneration. Wirkung – als Risikofaktoren für die Ent- The Departments of Epidemiology (EPI) and stehung des Typ-2-Diabetes identifizieren: Clinical Nutrition (KLE) also demonstrated Interleukin-6, ein Entzündungsmediator, und an association between variants of genes of Adiponectin, ein vom Fettgewebe produzier- both interleukin-6 as well as adiponectin tes und sezerniertes Protein. Erhöhte Inter- and the development of diabetes. This is a leukin-6-Serumkonzentrationen sind ein starting point of research on the complex Risikofaktor für das spätere Auftreten des genetic basis, which seems to comprise a Diabetes mellitus. Daraus lässt sich ableiten, large number of gene variants. dass das Immunsystem und entzündliche Vorgänge an der Degeneration der insulin- Research at DIfE has demonstrated that produzierenden Zellen in der Bauchspeichel- overweight is caused by abnormalities in drüse beteiligt sind. Adiponectin scheint ein biological mechanisms of energy equilibrium, vor Diabetes mellitus schützender Faktor zu especially in those involving hunger percep- sein, da niedrige Serumkonzentrationen ein tion and energy metabolism. Our research höheres Risiko anzeigen. Die aktuelle For- thus serves to counteract prejudice against schung konzentriert sich deshalb auf die the overweight, who are falsely believed to Rolle des Fettgewebes, in der Regulation der Insulinwirkung und in der Entstehung des ᭿3 Geruchs- und Geschmackssinn entscheiden, ᭿3 The senses of smell and taste determine if Inselzellversagens. warum und wie gut etwas schmeckt. and why something tastes good. 6

᭿4 Upregulation of gluthathione peroxidase 2 in human colon cancer. It is localized in distinct structures at the apical side of colon epithelial cells (brown color). Its expression is low in "normal" areas (I, inconspicuous), it is upregulated in early stages of cancer (E) and released from the characteristic structures in advanced stages of cancer (A). have a behavioural disorder or a lack of willpower. Those affected are stigmatized by this view, which is common in our society. On the contrary, overweight individuals eat more than is required to maintain normal body weight because they have an enhanced perception of hunger and, in addition, a lower energy consumption than normal-weight individuals. Most people know what a healthy diet should include. Strangely enough, this knowledge hardly affects the actual eating habits: often, food is preferred that is less filling but high in calories, and this furthers ᭿4 Erhöhte Expression der Glutathionperoxidase-2 in humanen Darmtumoren. Sie ist auf der apikalen the development of overweight. Therefore, Seite des Zellkerns von Colonepithelzellen lokalisiert (Braunfärbung). Ihre Expression ist niedrig in „nor- research at the institute concentrates malen“ Zellen (I, unauffälliges Gebiet); sie ist hochreguliert in frühen Stadien der Tumorgenese (E); und on the biological mechanisms that cause sie wird in fortgeschrittenem Stadium aus den characteristischen Strukturen freigesetzt (A). a preference for certain foods. In this connection, peptide hormones that control Rezeptorproteine für die unterschiedlichen dass eine an Ballaststoffen arme Ernährung the sensation of hunger are being Geschmacksqualitäten identifiziert und funk- mit häufigerem Auftreten von Dickdarm- investigated as well as the molecular tionell charakterisiert. Es gelang der Abtei- krebs assoziiert ist. Es wird zurzeit geprüft, mechanisms of smell and taste recognition. lung kürzlich, Varianten dieser Rezeptoren zu ob noch andere Faktoren wie z.B. der Fleisch- In the Department of Molecular Genetics finden, deren Funktion verändert ist. Zurzeit verzehr für die Karzinomentstehung im Ver- (MOGE), receptor proteins responsible for wird geprüft, ob das Auftreten dieser Varian- dauungstrakt verantwortlich sein können. different tastes are being identified and ten mit unterschiedlicher Nahrungspräferenz Die Studie hat zudem gezeigt, dass Über- characterized as to their function. Recently, und Ernährungsverhalten assoziiert ist. gewicht ein wesentlicher Risikofaktor für die the department was able to identify Entstehung von Brustkrebs ist. Co-Faktor die- Ähnlich wie das metabolische Syndrom ent- variants of these receptors differing in ser Assoziation ist die Hormonbehandlung steht auch Krebs durch das Zusammen- function. At present, there are investigations der Frauen in der Post-Menopause, durch die wirken einer genetischen Anlage mit äuße- to find out if the presence of these variants besonders bei schlanken Frauen das Brust- ren Faktoren. Reaktive chemische Substanzen is associated with distinct food preferences krebsrisiko erhöht wird. Das DIfE hat schließ- – Naturstoffe ebenso wie synthetisierte and eating habits. lich den Einfluß des Verzehrs von Obst und Verbindungen – können Veränderungen der Gemüse auf verschiedene Krebsformen Similar to the metabolic syndrome, the DNS bewirken, die im ungünstigsten Falle die untersucht und Hinweise für eine das Risiko interaction of genetic and extrinsic factors Kontrolle des Zellwachstums unterbinden. senkende Wirkung gefunden. can lead to the development of cancer. Eine wesentliche Rolle spielt hierbei die Um- Reactive chemical substances – natural as wandlung der Fremdstoffe durch den körper- Aus den Daten unserer und anderer Arbeits- well as synthetic – can cause damage to eigenen Stoffwechsel. Dieser kann die krebs- gruppen lassen sich bereits jetzt allgemeine the DNA, which at the worst leads to erzeugenden Stoffe sowohl inaktivieren als Empfehlungen ableiten: Durch die Normali- uncontrolled cell growth. The metabolism auch erst aktivieren. Die Abteilung Ernäh- sierung des Körpergewichts – in Verbindung of these foreign substances (xenobiotics) by rungstoxikologie (ETOX) hat ein Zellsystem mit einer ballaststoffreichen Ernährung, die the body plays an important role, because entwickelt, mit dem die Wirkung von Fremd- fettarm und reich an Obst und Gemüse ist – it can activate or inactivate cancerogenic stoffen auf die DNS in vivo quantifiziert wer- lässt sich nicht nur das Diabetes-Risiko, substances. The Department of Nutritional den kann. Sie untersucht zudem die beim sondern auch das Risiko für mehrere Krebs- Toxicology (ETOX) has developed a cell Menschen vorkommenden Varianten der arten senken. system in which the effects of foreign Fremdstoff-metabolisierenden Enzyme und substances on DNA in vivo can be evaluated. deren Beziehung zum Risiko, an bestimmten In addition, variants of enzymes that Krebsformen zu erkranken. metabolize xenobiotics and the effect of Viele epidemiologische Daten haben die these variants on the risk of developing Annahme belegt, dass die Ernährung eine various types of cancer are being studied. wesentliche Rolle in der Krebsentstehung Much epidemiological data support the spielt. Das DIfE hat zu dieser Erkenntnis assumption that nutrition plays a significant durch seine Teilnahme an der multizentri- role in cancer development. DIfE has schen europaweiten EPIC-Studie beigetragen. contributed to this conclusion by taking Die ersten Ergebnisse dieser Studie zeigen, 7

Ausgewählte Veröffentlichungen Selected Publications

Bingham, S.A., Day, N.E., Luben, R., Ferrari, P., Lahmann, P. H., Lissner, L., Gullberg, B., Olsson part in the multiple-center, European-wide Slimani, N., Norat, T., Clavel-Chapelon, F., H., Berglund, G.: A prospective study of EPIC Study. The first results of this study Kesse, E., Nieters, A., Boeing, H., Tjønneland, adiposity and postmenopausal breast cancer reveal that a low-fiber diet is associated A., Overvad, K., Martinez, C., Dorronsoro, M., risk: The Malmö Diet and Cancer Study. Int. J. with a higher incidence of colon cancer. Gonzalez, C.A., Key, T.J., Trichopoulou, A., Cancer 103, 246-252 (2003). At present, other factors (e.g., meat Naska, A., Vineis, P., Tumino, R., Krogh, V., consumption) are being evaluated to see if Bueno-de-Mesquita, H.B., Peeters, P.H.M., Ristow, M., Mulder, H., Pomplun, D., Schulz, they are responsible for cancer develop- Berglund, G., Hallmans, G., Lund, E., Skeie, G., T.J., Müller-Schmehl, K., Krause, A., Fex, M., ment in the digestive tract. The study also Kaaks, R., Riboli, E.: Dietary fibre in food and Puccio, H., Müller, J., Isken, F., Spranger, J., showed that overweight is an important protection against colorectal cancer in the Müller-Wieland, D., Magnuson, M. A., Möhlig, factor in the incidence of breast cancer. European Prospective Investigation into M., Koenig, M., Pfeiffer, A.F.H.: Frataxin A cofactor of this association is hormone Cancer and Nutrition (EPIC): an observational deficiency in pancreatic islets causes diabetes treatment of post-menopausal women, study. Lancet 361, 1496-1501 (2003). due to loss of beta-cell mass. J. Clin. Invest. which increases the breast-cancer risk 112, 527-534 (2003). especially in slim women. Finally, DIfE Giesen, K., Plum, L., Kluge, R., Ortlepp, J., Joost, found indications of the risk-lowering H.G.: Diet-dependent obesity and hyper- Spranger, J., Kroke, A., Möhlig, M., Bergmann, effect of fruit and vegetable consumption cholesterolemia in the New Zealand obese M.M., Ristow, M., Boeing, H., Pfeiffer, A.F.H.: on different forms of cancer. mouse: Identification of a quantitative trait Adiponectin and protection against type 2 locus for elevated serum cholesterol on the diabetes mellitus. Lancet 361, 226-228 On the basis of our own data and that of distal mouse chromosome 5. Biochem. (2003) (Erratum: Lancet 361, 1060). other research groups, a general recom- Biophys. Res. Commun. 304, 812-817 (2003). mendation already can be made: normal- Tschöp, M., Castañeda, T.R., Joost, H.G., ization of body weight — along with a diet Kuhn, C., Bufe, B., Winnig, M., Hofmann, T., Thöne-Reineke, C., Ortmann, S., Klaus, S., high in fiber, low in fat, and with lots of Frank, O., Behrens, M., Lewtschenko, T., Slack, Hagan, M.M., Chandler, P.C., Oswald, K.D., fruit and vegetables — lowers the risk of J.P., Ward, C.D., Meyerhof W.: Bitter receptors Benoit, S.C. et al.: Physiology: does gut hor- developing diabetes and also of several for saccharin and acesulfame K. mone PYY3-36 decrease food intake in types of cancer. J. Neurosci. 24, 10260-10265 (2004). rodents? Nature 430, 165-166 (2004). Abteilung Molekulare Genetik 8 Leitung: Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof

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

Summary Healthy diets could reduce the Zusammenfassung Eine gesunde Kost kann haben wir uns mit zwei Fragen befasst, die risk of nutrition-related diseases. However, das Risiko für das Auftreten ernährungs- für das Verständnis des Bittergeschmacks we often consume palatable but high- abhängiger Erkrankungen senken. Leider wesentlich sind: Erstens, sind angesichts des caloric, unhealthy diets. Therapeutic options konsumiert die Bevölkerung der Industrie- größtenteils unbeschriebenen Rezeptorreper- are limited. Intervention and education nationen jedoch häufig sehr schmackhafte, toires alle TAS2Rs wirklich Bitterrezeptoren, programs to reduce food intake or to alter aber kalorienreiche und ungesunde Speisen. und zweitens, wie können wir erklären, dass diets usually fail. Therefore, the Depart- Die therapeutischen Möglichkeiten, diesem wir mit einer Ausstattung von nur ~25 Re- ment of Molecular Genetics (MOGE) aims Trend zu begegnen, sind begrenzt. Erziehungs- zeptoren Tausende von Substanzen als bitter at elucidating the importance of our senses programme zur Reduktion der Kalorienauf- wahrnehmen können? of taste and smell for eating behavior. We nahme und zum Wechsel zu einer gesunden Ein unerlässliches Kriterium eines echten have identified receptors for tastants and Ernährung sind häufig unwirksam. Das Ziel Bitterrezeptors ist seine Aktivierbarkeit durch odorants, and characterized the functions of der Abteilung Molekulare Genetik (MOGE) Bitterstoffe und seine Unempfindlichkeit nerve cells in the brain that are involved in ist es daher, die Bedeutung des Geruchs- gegenüber Substanzen, die nicht bitter the regulation of hunger and satiety. und Geschmackssinns für das Essverhalten schmecken. Um diese Eigenschaft zu testen, zu verstehen. Wir haben Rezeptoren für haben wir ein Expressionssystem für die Molecular mechanisms of taste Geschmacks- und Geruchsstoffe identifiziert TAS2Rs aufgebaut, mit dem wir Bitterstoffe and smell perception und die Funktion von Nervenzellen im Gehirn für bislang elf TAS2Rs identifizieren konnten. charakterisiert, die an der Regulation von Unsere Ergebnisse zeigen, dass die TAS2Rs Gustatory perception Hunger und Sättigung beteiligt sind. sich hinsichtlich ihrer Ligandenselektivität The human genome contains ~25 putative unterscheiden. hTAS2R16, der durch ␤-Gluco- ᭿ bitter-taste receptor genes (Fig 1). In this pyranoside aktiviert wird, und hTAS2R38, ein reporting period we addressed two ques- Molekulare Mechanismen der Rezeptor für Stoffe, die eine –N=C=S Gruppe tions important for the understanding of Geschmacks- und Geruchswahrnehmung enthalten, erkennen spezifische molekulare human bitter taste. First, in view of the Maik Behrens, Anne Brockhoff, Bernd Bufe, Gruppierungen in unterschiedlichen chemi- largely uncharacterized receptor repertoire, Dietmar Krautwurst, Christina Kuhn, Wolfgang schen Verbindungen. Sie sind offenbar auf are all TAS2Rs bitter taste receptors? Meyerhof, Barbara Raab, Kristin Schmiedeberg, die Erkennung chemisch verwandter Sub- Elena Shirokova, Frauke Stähler, Marcel Winnig Second, can broad tuning explain how stanzen abgestimmt. Rezeptoren, wie humans equipped with a fairly small Geschmackswahrnehmung hTAS2R10 und hTAS2R14 sind sehr viel brei- number of TAS2R genes are able to perceive Das menschliche Genom enthält etwa 25 ter auf ihre Bitterstoffe abgestimmt, denn es thousands of bitter compounds? sogenannte TAS2R Gene, von denen man ist kein gemeinsames Strukturmotiv in ihren As an obligatory criterion, a bitter-taste annimmt, dass sie Bittergeschmacksrezep- jeweiligen Bitterstoffen erkennbar. hTAS2R14, receptor must respond to bitter chemicals toren kodieren (Abb. ᭿1 ). Im Berichtszeitraum beispielsweise, ist durch Picrotoxinin, einen but not to compounds that lack the bitter taste. To test this property we recently established a functional expression system hTAS2R1 phenylthiourea that allowed us, so far, to identify the bitter hTAS2R5 agonists for eleven hTAS2R receptors. The hTAS2R38 hTAS2R16 results suggest that they differ with respect hTAS2R41 to their agonist selectivity. hTAS2R16, salicin ␤ hTAS2R60 activated by -glucopyranosides, and hTAS2R39 hTAS2R38, a receptor for compounds hTAS2R40 containing a –N=C=S group, detect specific hTAS2R4 molecular motifs in a variety of chemical hTAS2R3 compounds and thus appear to be tuned hTAS2R13 to chemically related substances (Fig. ᭿1). hTAS2R14 picrotoxininxinin hTAS2R10 and hTAS2R14, on the other hTAS2R43 hand, show an even broader tuning, as hTAS2R44 there appears to be no obvious common hTAS2R46 structural motif shared by its agonists hTAS2R45 hTAS2R47 (Fig. ᭿1). hTAS2R14, for instance, was activated by picrotoxinin, a toxin from fishberries hTAS2R50 hTAS2R48 used for poisoning fish to be caught for hTAS2R49 consumption, sodium benzoate, a common ␣ hTAS2R42 food preservative, and -thujone, the psy- hTAS2R10 strychnine chotropic component of absinthe, a liqueur hTAS2R7 hTAS2R8 ᭿1 Dendrogram of the family of human TAS2Rs. hTAS2R9 The lengths of the bars reflect the sequence divergence among the receptors. The single TAS2R gene on chromosome 5 is indicated by a dotted line, TAS2R genes on chromosome 7 by ᭿1 Stammbaum der Familie der 25 humanen TAS2Rs. Die Längen der Linien sind proportional zur dashed lines, and the TAS2R genes on chromo- Sequenzdivergenz der TAS2Rs. Das einzige TAS2R Gen auf Chromosom 5 wird durch eine gepunktete Linie some 12 by solid lines. The chemical structures markiert, TAS2R Gene auf Chromosom 7 durch gestrichelte Linien und TAS2R Gene auf Chromosom 12 of selected compounds that activate some durch durchgezogene Linien. Die Strukturformeln ausgewählter Bitterstoffe für einige TAS2Rs sind neben TAS2Rs are indicated. dem Dendrogramm dargestellt. 9

pflanzlichen Giftstoff, mit dem Fische gejagt ᭿2 Inhibition of leptin-induced activation of werden, den Konservierungsstoff Natrium- PFS + Leptin Leptin STAT3. Rats received two injections of pyrogen- benzoat und die psychotrope Droge ␣-Thujon free saline (PFS, control), PFS and leptin, or somatostatin (SST) and leptin into the left lateral ven- aus dem Kultgetränk Absinth aktivierbar tricle at 30 min intervals. Brains were dissected ᭿ (Abb. 1). Alle diese Stoffe weisen zwar min- out of the animals and cut into 40 µm cross- destens ein Ringsystem und eine elektro- sections. Free-floating sections were processed negative Gruppe auf, doch teilen viele Stoffe for STAT3 immunoreactivity using a specific anti- ebenfalls diese Eigenschaften, die den STAT3 antibody and a secondary antibody cou- hTAS2R14 nicht aktivieren. Diese sehr breite pled to fluorescein. Images were taken using a Leica TSC SP2 confocal microscope. The images Abstimmung der TAS2Rs kann partiell erklä- show the ventromedial hypothalamic nucleus ren, wie wir mit einer begrenzten Rezeptor- (VMH), a structure involved in the regulation of ausstattung die zahlreichen Bitterstoffe feeding behavior. The strong activation of STAT3 wahrnehmen können. Es ist durchaus mög- by leptin and the inhibition of this response by lich, dass die Evolution TAS2Rs hervorge- SST-14 + Leptin somatostatin is clearly seen. bracht hat, wie hTAS2R16 und hTAS2R38, die eine große Selektivität gegenüber man- made from extracts of wormwood. chen Bitterstoffen aufweisen, zu denen die Although these chemicals have one or vielleicht wichtigsten oder häufigsten Pflan- more ring systems and at least one elec- zengifte im Lebensraum einer Art gehören. tronegative side chain in common, many Die Familienmitglieder mit breiter Abstim- compounds that did not activate hTAS2R14 mung hingegen, wie hTAS2R10 und also share these parameters. This broad hTAS2R14, würden es einer Art hingegen tuning might explain how the limited ermöglichen, alle in der Natur vorkommen- number of bitter taste receptors enables den potentiell gesundheitsschädlichen Stoffe humans to recognize thousands of differ- zu erkennen. Control VMH ent bitter compounds. It is tempting to Für diese Annahme spricht die Beobachtung, speculate that evolution brought forth dass die Gene der TAS2Rs mit breiter Abstim- TAS2Rs with selectivity towards a limited mung auf Chromosom 5 oder 12 liegen, number of bitter compounds, perhaps the wohingegen die Gene für die mehr selektiven most important or abundant toxic plant Rezeptoren auf Chromosom 7 zu finden sind. metabolites present in a given habitat, whereas other members, like hTAS2R14, Unsere Arbeiten zeigen also, dass alle Sub- with a broad tuning facilitate detection of stanzen, die TAS2Rs aktivieren, bitter sind. all potentially harmful bitter substances Folglich besteht wenig Zweifel, dass TAS2Rs encountered in nature. This conjecture is Bittergeschmack vermitteln. Ob hingegen der supported by the observation that the Bittergeschmack ausschließlich durch TAS2Rs genes for the broadly tuned TAS2Rs are vermittelt wird, ist eine offene Frage. ᭿2 Hemmung der Leptin-vermittelten Aktivierung present on chromosomes 5 or 12, while the von STAT3 durch Somatostatin. Ratten erhielten genes for the more selective TAS2Rs are Geruchswahrnehmung zwei Injektionen von pyrogenfreier Kochsalzlösung found on chromosome 7. Thus, the data Die funktionelle Expression von Geruchsstoff- (PFS), von PFS und Leptin oder von Somatostatin suggest that TAS2Rs may be equated to Rezeptoren (OR) war uns kürzlich unter (SST) und Leptin in den linken Seitenventrikel im bitter taste receptors. Verwendung der G Proteinuntereinheiten Abstand von 30 min. Von den präparierten Gehirnen ␣ wurden 40 µm dicke Gewebeschnitte hergestellt. 15 in HEK293 Zellen gelungen. Es stellte Olfactory perception sich jedoch heraus, dass einige ORs in diesem Diese wurden unter Verwendung eines spezifischen Anti-STAT3 Antiserums und eines sekundären The functional expression of some recombi- Modellsystem eine andere Geruchsstoffspe- Fluoreszein-gekoppelten Anti-Kaninchen IgG nant olfactory receptors (OR) in HEK-293 zifität aufwiesen als in Geruchsneuronen. Antikörpers zur immunologischen Detektion von cells has been achieved previously by forced Daraus ergab sich die Notwendigkeit, ein STAT3 prozessiert. Die Bilder wurden mit einem coupling to the phosphoinositol/Ca2+ Expressionssystem zu entwickeln, das über Leica TSC SP2 konfokalen Mikroskop aufgenom- pathway via the G protein subunit ␣15. men. Sie zeigen den ventromedialen hypothala- alle erforderlichen, an der Signaltransduktion However, in some cases the recombinant von Geruchsneuronen beteiligten Moleküle, mischen Kern (VMH), eine Region, die bekannter- maßen an der Steuerung des Fress/Essverhaltens receptors differed in their ligand specificity verfügt. Mit dem HeLa/Olf-Zellsystem ist es beteiligt ist. Beachtenswert ist die starke Aktivie- from their natural counterparts present in uns jetzt erstmals gelungen, die physiologi- rung von STAT3 durch Leptin sowie die deutliche isolated olfactory sensory neurons. We sche olfaktorische Signaltransduktion vom Hemmung dieser Aktivierung durch Somatostatin. therefore established stable co-expression ␣ G-Protein olf über die Adenylylzyklase III bis of ORs and canonical olfactory signal trans- zum olfaktorischen CNGA2-Ionenkanal stabil duction molecules in the human HeLa/Olf nachzustellen. Ein durch die Aktivierung der cell line. In this cell line, odorant-activated ␣ ORs ausgelöster Anstieg des intrazellulären ORs signal through G olf, adenylyl cyclase III cAMP-Spiegels bewirkt einen Einstrom von and cAMP. The elevated levels of cAMP extrazellulärem Ca2+ durch den CNGA2-Kanal. induce Ca2+-influx through cyclic Die intrazelluläre Erhöhung der Ca2+-Konzen- nucleotide-gated CNGA2 channels. The ele- tration wird durch Beladung der Zellen mit vated Ca2+ levels can be monitored using Ca2+-sensitiven Fluoreszenzfarbstoffen mess- Ca2+-imaging methods. By now, we have bar. So ist es möglich, in HeLa/Olf-Zellen cloned and functionally tested 40 human transient transfizierte Geruchsrezeptor- OR, and identified odorants for 7 of them 10

using the novel HeLa/Olf expression bibliotheken funktionell gegen Geruchs- tion von Somatostatin in den linken Seiten- system. Moreover, our structure-function stoffbibliotheken zu testen. Bisher haben wir ventrikel von Ratten führte zur Inhibition der analysis of ORs identified 2 amino acids 40 menschliche ORs untersucht. Davon wur- leptinvermittelten Phosphorylierung. Ferner that are involved in the activation of a den für sieben Rezeptoren Geruchsstoffe verhinderte sie in hypothalamischen Gebie- human OR by the key food odorant identifiziert und Geruchsstoffprofile erstellt. ten, die an der Regulation der Nahrungsauf- citronellol. Beyond olfaction, the HeLa/Olf Darüber hinaus konnten wir für eine Sub- nahme beteiligt sind, den Zellkernimport des expression system also proved suitable for familie von 4 ORs aus Maus und Mensch Signalmolleküls STAT3 (Abb. ᭿2). Diese Inhibi- the functional characterization of other zwei Aminosäurepositionen identifizieren, tion ließ sich besonders auf die Aktivierung receptors coupled to the cyclic nucleotide die an der Aktivierung eines menschlichen des Somatostatin-Rezeptorsubtyps sst3 coupled pathway, including the pheromone ORs durch Citronellal, einem Schlüsselaroma- zurückführen. Die Aktivierung von sst1 und receptor V1rb2, the membrane guanylyl stoff für Lebensmittel, beteiligt sind. Über die sst2 war weniger effektiv, und die von sst4 ␤ cyclase GC-B, and the -adrenergic hormone Analyse von Geruchsstoff-Rezeptoren hinaus- unwirksam. Die Inhibition der Leptinwirkung receptors. gehend ermöglichen die HeLa/Olf-Zellen durch Somatostatin wirkte sich auch auf das auch die funktionelle Charakterisierung aller Fressverhalten der Tiere aus. In Ratten, denen Central control of food intake anderen Rezeptoren, die eine cAMP/cGMP- Somatostatin vor Leptin verabreicht wurde, Signalgebung aktivieren oder inhibieren. war die Unterdrückung der Nahrungsauf- Networks of neurons in a brain region nahme deutlich abgeschwächt. Diese Be- called hypothalamus regulate feeding funde identifizieren das Neuropeptid Soma- behavior. They are sensitive to the Zentrale Kontrolle der Nahrungsaufnahme tostatin als den ersten Regulator der zentra- adipocyte hormone leptin, which signals Maik Behrens, Anne-Sophie Carlo, Ara Kocharyan, len Leptinwirkung und weisen auf eine Rolle the state of peripheral fat stores. The leptin- Wolfgang Meyerhof, Martina Pyrski, Zaruhi dieses Neuropeptids bei der Steuerung der Stepanyan responsive neurons comprise a hetero- Energiehomöostase hin. geneous population expressing a vast array Bestimmte Netzwerke von Nervenzellen in of different neuropeptides and neurotrans- einer als Hypothalamus bezeichneten Funktion und Regulation von G Protein- mitters, some of which participate in the Gehirnregion steuern das Ess/Fressverhalten. gekoppelten Rezeptoren regulation of hunger and satiety. In Sie sind empfindlich gegenüber dem Maik Behrens, Nicole Brune, Wolfgang Meyerhof contrast, no neuromodulators have been Fettzellhormon Leptin, das den Zustand der identified that in turn regulate the central Fettspeicher des Organismus anzeigt. Die G Protein-gekoppelte Rezeptoren sind bedeu- action of leptin. Previously, we found that leptinsensitiven Neurone stellen eine hetero- tende Regulatoren vieler biologischer Pro- leptin-responsive neurons express various gene Zellpopulation dar, die eine große Zahl zesse. Es liegt auf der Hand, dass ihr subzel- receptor subtypes for somatostatin, a wide- verschiedener Neurotransmitter und Neuro- lulärer Aufenthaltsort ihre Funktion wesent- spread neuropeptide with many functions. peptide exprimieren, von denen einige wich- lich beeinflussen kann. Somatostatin-Rezep- During this reporting period we analyzed tige Funktionen bei der Kontrolle von Hunger toren (sst1-sst5) sind typische G Protein- the interaction of the somatostatin and und Sättigung erfüllen. Es ist jedoch kein gekoppelte Rezeptoren, die in der Zelle unter- leptin signaling pathways. Intracerebro- Neuropeptid bekannt, das seinerseits die schiedlich lokalisiert und als Regulatoren der ventricular application of somatostatin Leptinwirkung im Hypothalamus reguliert. Leptinwirkung für uns wichtig sind. Wir to rats inhibited the leptin-mediated Wir haben kürzlich festgestellt, dass leptin- haben daher an ihrem Beispiel ein grund- phosphorylation of the signaling molecule sensitive Neurone verschiedene Rezeptor- legendes Problem der Biologie untersucht, STAT3 and the nuclear translocation of subtypen für das Neuropeptid Somatostatin wie Proteine ihren Bestimmungsort errei- phosphorylated STAT3 in those hypothalamic exprimieren. Das weist darauf hin, dass chen. Im zentralen Nervensystem findet sich regions known to be involved in the Somatostatin, welches viele Funktionen inne- der sst1 vorwiegend auf Nervenfortsätzen ᭿ regulation of feeding behavior (Fig. 2). hat, auch ein Regulator der Leptinwirkung und Zellkörpern, während der sst3 spezifisch Furthermore, application of selective ago- sein könnte. Im Berichtszeitraum haben wir auf neuronalen Zilien anwesend ist (Abb. ᭿3). nists strongly suggests that the reduction daher die Wechselwirkung der Somatostatin- Auch als rekombinante Rezeptoren in Zell- of the leptin response is predominantly und Leptinsignalwege untersucht. Die Injek- linien sind sie unterschiedlich lokalisiert; der mediated by the somatostatin receptor subtype sst3 and to a lesser extent through sst1 and sst2. The behavioral consequence A of the reduced hypothalamic leptin signal- B ing is a relief of the leptin-mediated sup- pression of food intake. Thus, these results

᭿3 Different subcellular localization of sst1 and sst3 in the rat central nervous system. Brain sections of 30 µm thickness were incubated with specific anti-sst1 (A) or anti-sst3 antisera (B) and 25 µm m 50 µm m a secondary antiserum coupled to rhodamine. Fluorescence images were taken with a Zeiss Axioplan microscope and deblurred. Note that ᭿3 Unterschiedliche Lokalisation der Somatostatin-Rezeptorsubtypen sst1 und sst3 im zentralen Nerven- sst1 is found on cell bodies (arrows point to system der Ratte. 30 µm Gewebeschnitte wurden mit spezifischen Anti-sst1- (A) oder Anti-sst3-Antiseren selected cell bodies in panel A) and axons (B) und einem Rhodamin-gekoppelten sekundären Antiserum inkubiert. Die Schnitte wurden an einem (arrowheads label selected axons in panel A), Zeiss Axioplan Mikroskop aufgenommen und das Streulicht durch „Deblurring“-Software entfernt. Es ist while sst3 is present on cilia (solid arrows indicate erkennbar, dass sst1 auf Zellkörpern (Pfeilstriche markieren ausgewählte Zellkörper in A) und Axonen selected cilia in panel B). Note the different (Pfeilköpfe markieren ausgewählte Axone in A) lokalisiert ist, während sst3 auf Zilien (Pfeile markieren scales. ausgewählte Zilien in B) zu beobachten ist. Beachten Sie bitte die unterschiedlichen Maßstäbe. 11

᭿4 Research scientist of the department at work.

clearly identify somatostatin as the first neuropeptide to regulate the efficacy of the leptin-signaling pathway and suggest a role for somatostatin in the central regulation of energy homeostasis. Function and regulation of G protein- coupled receptors G protein-coupled receptors (GPCRs) are important biological regulators. It is obvious that their subcellular localization largely influences their function. Thus, the fundamental question arises how proteins reach their point of destination. We investigated this problem using somatostatin receptor subtypes (sst) as a model of typical G protein-coupled receptors, which are also involved in the regulation of feeding behav- ᭿4 Wissenschaftler der Abteilung bei der Durchführung mikroskopischer Untersuchungen. ior. In the rat brain, sst1 is detected in axons and dendrites, while sst3 is specifically localized on neuronal cilia (Fig. ᭿3). A sst1 findet sich vorwiegend in intrazellulären dieses Elementes auf den Aminoterminus differential subcellular localization is also Vesikeln, der sst3 hingegen an der Zellober- des sst3 führte dagegen zur Zielsteuerung observed in transfected cell lines, in which fläche. Unsere älteren Arbeiten zeigten, dass des rekombinanten Rezeptors zu intrazellu- sst3 is found almost exclusively at the cell die aminoterminalen Bereiche beider Rezep- lären Vesikeln. Das Motiv ist offenbar von all- surface, whereas sst1 is mostly located in toren für die unterschiedliche Lokalisation in gemeiner Bedeutung, da es auch in anderen intracellular vesicular compartments. transfizierten Zellen verantwortlich sind. Zur G Protein-gekoppelten Rezeptoren wirksam Our previous work demonstrated that the genauen Identifizierung der zuständigen ist, wie unsere Experimente mit dem D1- amino-terminal domains of sst1 and sst3 Motive haben wir im Berichtszeitraum eine Dopaminrezeptor zeigten. Wir nehmen an, suffice to guide the receptor proteins to genaue Mutationsanalyse durchgeführt, bei dass wir ein wichtiges Sequenzmotiv identifi- their respective destination in transfected der wir Sequenzabschnitte beider Rezeptoren ziert haben, das durch Wechselwirkung mit cell lines. To identify the responsible vertauschten oder entfernten. Alle Mutanten anderen Proteinen für die Zielsteuerung von sequence motifs in the receptors’ N-termini, waren responsiv gegenüber Somatostatin- Rezeptoren wichtig ist und daher ihre we then analyzed mutant receptors in agonisten, was klar darauf hinweist, dass sie Funktion beeinflusst. which we replaced parts of sst1 by the funktionelle Somatostatin-Rezeptoren dar- corresponding amino acids of the sst3 and stellen. Weiter zeigte sich die Existenz eines Technische Mitarbeiterinnen vice versa or deleted or inserted amino acids zweigeteilten Elements von 22 Aminosäuren Elke Chudoba in the N-terminal domains. All receptor im Aminoterminus des sst1, dessen Deletion Ines Jäger mutants responded to somatostatin zur Zelloberflächenlokalisation des rekombi- Ulrike Lerner agonists indicating that they are fully func- nanten Rezeptors führte. Die Transplantation Ellen Schöley-Pohl tional somatostatin receptors. Further analysis revealed the presence of a bipartite sequence motif of 22 amino acids in the sst1 N-terminus. Deletion of this element resulted in cell-surface targeting of the mutant receptor, whereas its transplantation to the sst3 N-terminus targeted the mutant to the intracellular vesicular compartment. This motif worked also in the context of an entirely different GPCR. When the motif was added to the dopamine D1 receptor, which is normally found at the cell surface, the mutant receptor migrated to the intracellular vesicular compartment. We conclude that we have identified an important sequence motif that interacts with other cellular proteins. This interaction determines the subcellular localization of the somatostatin receptors and thereby exerts a strong impact on its function. 12

Drittmittelprojekte Ausgewählte Publikationen External Funding Selected Publications

Funktionelle Identifizierung und Charakte- Originalarbeiten/Original Papers Übersichtsarbeiten/Reviews risierung der humanen TAS2R Behrens, M., Brockhoff, A., Kuhn, C., Bufe, B., Meyerhof, W.: Geschmacksfragen - Neues aus Finanzierung: DFG Winnig, M., Meyerhof, W.: The human taste der Ernährungsforschung. Mechanismen der Laufzeit: 01.06.2003–31.05.2005 receptor hTAS2R14 responds to a variety of Geschmackswahrnehmung und ihre Aus- different bitter compounds. Biochem. wirkung auf das Essverhalten. Moderne Aufklärung der Geruchsstoffspezifität Biophys. Res. Commun. 319, 479-485 (2004). Ernährung Heute Nr. 1, 1-5 (2003). olfaktorischer Rezeptorensubfamilien durch funktionelle Expression einer Rezeptor- Behrens, M., Bufe, B., Schmale, H., Meyerhof, Meyerhof, W., Behrens, M., Brockhoff, A., Bufe, bibliothek im Säugerzellsystem W.: Molecular cloning and characterisation of B., Kuhn, C.: Human bitter taste perception. Finanzierung: DFG DESC4, a new transmembrane serine protease. Chem. Senses, 29 (S1) in press. Laufzeit: 01.10.2002–30.09.2003 Cell. Mol. Life Sci., 61, 2866-2877 (2004). Olias, G., Violett, C., Kusserow, H., Epelbaum, Molekulare Klonierung, Charakterisierung Bufe, B., Breslin, P.A.S., Kuhn, C., Reed, D.R., J., Meyerhof, W.: Regulation and function of und Struktur-Funktions-Beziehungen von Tharp, C.D., Slack, J.P., Kim, U.K., Meyerhof, W.: somatostatin receptors. J. Neurochem. 89, olfaktorischen Rezeptoren für den The molecular basis of individual differences 1057-1091 (2004). Schlüsselaromastoff ,Weinlacton’ in phenylthiocarbamide and propylthiouracil (Viadrina-Doktorandenstipendium) bitterness perception. Curr. Biol. in press. Buchbeiträge/Book Articles Finanzierung: BMBF Bufe, B., Schöley-Pohl, E., Krautwurst, D., Laufzeit: 01.05.2002–30.04.2003 Kuhn, C., Bufe, B., Winnig, M., Hofmann, T., Hofmann, T., Meyerhof, W.: Identification of Frank, O., Behrens, M., Lewtschenko, T., Slack, human taste receptors. In: Hofmann, T., Ho, Somatostatin and its receptors in brain J.P., Ward, C.D., Meyerhof W.: Bitter receptors C.-H., Pickenhagen, W. (eds.) Challenges in function and dysfunction (Koordination) for saccharin and acesulfame K. J. Neurosci. taste chemistry and biology, ACS Symposium Finanzierung: EU 24, 10260-10265 (2004). Series 867 , 45-59 (2003). Laufzeit: 01.01.2000–31.12.2003 Shirokova, E., Schmiedeberg, K., Bedner, P., Olias, G., Meyerhof, W.: Somatostatin. Deorphanization of bitter receptors that Niessen, H., Willecke, K., Raguse, J.D., Meyerhof, In: Offermans, S., Rosenthal, W., (eds.) modulate the bitter response in humans W., Krautwurst, D.: De-orphaning of olfactory Encyclopedic Reference of Molecular Finanzierung: Givaudan USA receptors via cAMP/CNGA2 signaling in HeLa/ Pharmacology. Springer-Verlag, Berlin Laufzeit: 01.09.2003–31.08.2007 Olf cells – G protein-dependent agonism and Heidelberg, 876-883 (2004). antagonism of odorants. J. Biol. Chem. Cloning, expression and deorphanizing (Epup ahead of print) (2004). olfactory receptors and study of their ligand selectivity and specificity Stepanyan, Z., Kocharyan, A., Pyrski, M., Finanzierung: Givaudan Schweiz Hübschle, T., Watson, A.M., Schulz, S., Laufzeit: 01.12.2004–30.11.2006 Meyerhof, W.: Leptin-target neurons of rat hypothalamus express somatostatin recep- Structure-activity relationship of Human tors. J. Neuroendocrinol. 15, 822-830 (2003). Bitter Taste (VIGONI-Programm 2004: Projektbezogener Personenaustausch mit Italien) Finanzierung: DAAD Laufzeit: 01.01.2004–31.12.2005 Abteilung Pharmakologie Leitung: Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost 13

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

Zusammenfassung In den meisten Indus- Adipositas, Insulinresistenz und Summary In most industrialized countries, triestaaten haben Häufigkeit und Schwere- Typ-2-Diabetes: Identifikation von the prevalence of obesity and its life-short- grad der Adipositas (krankhaftes Übergewicht) Suszeptibilitätsgenen in einem Mausmodell ening complications (hypertension, cardio- und ihrer lebensverkürzenden Komplikatio- Reinhart Kluge, Leona Plum, Katja Schmolz, vascular complications, type 2 diabetes) nen (Bluthochdruck, kardiovaskuläre Kompli- Stephan Scherneck, Hella Jürgens, Mandy Grothe, have increased markedly during the last 20 kationen, Typ-2-Diabetes) dramatisch zuge- Heike Vogel years. Thus, obesity has become one of the nommen und stellen damit ein zentrales most important contemporary health prob- Entstehung und Verlauf der Adipositas sind lems. Obesity is characterized by an Gesundheitsproblem dar. Übergewicht ist bedingt durch Ernährungsgewohnheiten und increase in body fat mass as a result of a durch eine Erhöhung der Körperfettmasse einen bewegungsarmen Lebensstil, basieren chronic positive energy balance. It is caused gekennzeichnet und entsteht durch eine aber vor allem auf einer komplexen geneti- by a predisposing (genetic) basis in combi- über längere Zeit bestehende positive Ener- schen Prädisposition. Diese Prädisposition nation with an adipogenic lifestyle (hyper- giebilanz. Die Ursachen und modulierenden besteht aus einem Netzwerk varianter Gene caloric diet, low physical activity). The aim Größen, die zu dem komplexen und multifak- (polygene Erkrankung), dessen einzelne Kom- of the department is to elucidate the toriellen Krankheitsbild der Adipositas beitra- ponenten weitgehend unbekannt und beim molecular basis and the pathophysiology of gen, sind erbliche Veranlagung (Genetik) und Menschen sehr schwer identifizierbar sind. obesity and its complications. In a mouse Lebensstil (Ernährungsgewohnheiten, kör- Die Gruppe sucht daher zunächst nach model of this syndrome, we identified perliche Aktivität), die miteinander in Wech- Adipositasgenen der Maus, um die Ergeb- genomic regions carrying gene variants selwirkung stehen. Die Abteilung hat zum nisse dann auf den Menschen zu übertragen. responsible for the disease, and are cur- Ziel, die molekularen Ursachen und die Patho- Das für diesen Zweck am DIfE verwendete rently working on their identification. The physiologie der Adipositas und ihrer Kompli- Mausmodell ist die New Zealand obese (NZO) department also investigates the role of neuropeptides for the control of satiety, in kationen aufzuklären. Sie hat in einem adi- Maus. Sie bildet das polygene metabolische order to develop strategies for the effective pösen Mausmodell genomische Regionen Syndrom des Menschen sehr exakt ab und treatment of obesity. In addition, the group identifiziert, die Krankheitsgene enthalten, erlaubt die Analyse von Gen-Gen- sowie Gen- und arbeitet an deren Aufklärung. Um Stra- analyzes the molecular basis of nutrient Umwelt-Interaktionen. transport and its relation to obesity and tegien für eine wirksame Adipositas-Therapie type 2 diabetes. zu entwickeln, untersucht sie die Rolle von Charakterisierung und nähere Eingrenzung Neuropeptiden in der Kontrolle des Sättigungs- der mit Adipositas und Diabetes assoziierten gefühls. Zudem analysiert sie die molekula- chromosomalen Abschnitte Obesity, insulin resistance, and type 2 ren Grundlagen des Nährstofftransports und Die genetische Homogenität von Inzucht- diabetes: Identification of susceptibility seiner Beziehung zu Adipositas und Typ-2- Mausstämmen wie der NZO-Maus erlaubt genes in a mouse model Diabetes. die Identifikation chromosomaler Regionen Development and course of obesity are (quantitative trait loci, QTL), die mit dem adi- dependent on nutritional conditions and on pösen Erscheinungsbild der Tiere (Phänotyp) other lifestyle parameters (e.g., physical assoziiert sind, indem Auskreuzungspopula- activity). However, its main basis is the tionen generiert und analysiert werden. So complex, polygenic predisposition consis- wurde durch Kreuzung der adipösen NZO- ting of a network of variant genes that are Maus mit einem normalgewichtigen Stamm widely unknown and difficult to identify in humans. Therefore, the group initially searches for obesity genes in the mouse and will finally transfer the results to humans. The mouse model used for this Diabetes Adipositas/Hyperinsulinämie Hyper - Hypercholesterinämie aim is the New Zealand obese (NZO) mouse, Nob1(Adipositas) (Adipositas insulinämie which closely resembles the human polygenic metabolic syndrome, and which can also be used to analyze gene-gene and gene-environment interactions. Characterization and dissection of chromosomal regions associated with obesity and diabetes The genetic homogeneity of inbred mouse Nidd/SJL (Diabetes) Chol/NZO (Hypercholesterinämie) strains such as NZO mice allows the identification of chromosomal regions (quantitative trait loci, QTL) associated with the obese phenotype by generation and analysis of outcross populations. Crossing of

᭿1 Localization of susceptibility loci for obesity, diabetes, and hypercholesterolemia in the mouse genome. In the backcross population of the lean SJL and the obese NZO mice, several chromoso- ᭿1 Lokalisation von Suszeptibilitätsloci für Adipositas, Diabetes und Hypercholesterinämie im Genom der mal regions associated with obesity, increased Maus. In der Rückkreuzungspopulation der normalgewichtigen SJL- und der adipösen NZO-Maus wurden blood glucose levels or increased cholesterol durch Vergleich von Phänotyp (z.B. Körpergewicht) und Genotyp (ermittelt mit Hilfe von Mikrosatelliten- levels were identified by analysis of phenotypes markern) Chromosomenabschnitte identifiziert, die mit Übergewicht, erhöhten Blutglucose- oder Choles- (e.g. body weight) and genotypes (determined terinwerten assoziiert waren. with microsatellite markers). 14

obese NZO mice with a lean control strain und einer anschließenden Verpaarung der zudem zeigen, dass der Fettanteil der Nah- and the subsequent backcross of F1 results Nachkommen mit dem NZO-Stamm (Rück- rung einen erheblichen Einfluss auf den in a population with mixed genomes. By kreuzung) eine Population mit vollständig ge- Zeitpunkt der Diabetesentstehung nimmt. comparison of the phenotypes (e.g., body mischten Genomen generiert. Der Vergleich weight) with different genotypes, chromo- des Phänotyps mit dem Genotyp lieferte meh- Strategien zur Identifizierung von Adipositas somal regions (QTL) were identified that rere chromosomale Abschnitte, die mit Adipo- und Diabetes-Genen were associated with obesity (e.g. Nob1 on sitas (z.B. Nob1 auf Chromosom 5, LOD-Score Ein Suszeptibilitätslocus erstreckt sich über chromosome 5, LOD Score >4, a measure for statistical significance) and hypercholes- >4 als Maß für die statistische Signifikanz) und einen Bereich von 10–20 cM (Centimorgan), ᭿ terolemia (Fig. ᭿1 ). In addition, we identified Hypercholesterinämie assoziiert sind (Abb. 1 ). also 20–40 Mbp (Millionen Basenpaaren) mit a QTL for diabetes (Nidd/SJL on chromo- Wir fanden zudem einen QTL für Diabetes etwa 200–500 Genen. Daher sind geeignete some 4, LOD Score >4) which is responsible (Nidd/SJL auf Chromosom 4, LOD-Score >4), Strategien erforderlich, mit denen die für for the destruction of insulin-producing der für die progrediente Zerstörung der insu- Adipositas und Diabetes relevanten Bereiche cells in the islets of Langerhans (Fig. ᭿2 ). linproduzierenden Zellen in den Langer- näher eingegrenzt und schließlich die krank- ᭿ Interaction of obesity, diabetes genes, hans’schen Inseln verantwortlich ist (Abb. 2 ). heitsauslösenden Genvarianten identifiziert and dietary fat werden. Für eine solche Eingrenzung werden The characterization of the backcross Interaktion von Adipositas und Diabetes- sogenannte rekombinant kongene Maus- model contributed to our understanding of Genen und ihre Wechselwirkung mit einer linien gezüchtet, in denen ein definierter the interaction of obesity and diabetes genes. fettreichen Diät Chromosomenabschnitt durch sukzessive The diabetes prevalence was dependent on Die Charakterisierung des Rückkreuzungs- Rückkreuzung in einem Kontrollstamm iso- the early obesity of the backcross animals modells lieferte außerdem Kenntnis über die liert wird. Die phänotypische Analyse und in a dose-dependent manner. Diabetes Interaktion von Adipositas und Diabetes- Ermittlung der Genotypen ermöglicht im genes in the Nidd/SJL locus sensitized the Genen. Die Diabetes-Prävalenz der Rück- Idealfall eine feinere Kartierung des krank- mice to the effect of early obesity: Control kreuzungstiere hing von der frühen Adi- heitsassoziierten Bereichs bis zu einer Größe mice (non-gene-carriers) became diabetic positas der Tiere ab (Abb. ᭿2 ), es besteht also von 1–2 cM, die dann eine erfolgreiche Iso- only if their body weight at week 12 was eine ,Dosisabhängigkeit’ zwischen Adipositas lierung des Krankheitsgens in Aussicht stellt. >50 g, whereas Nidd/SJL-carriers developed hyperglycemia at lower body weights. With und Diabetes-Prävalenz. Diese Abhängigkeit Es wurden bisher neben der NZO-Maus zwei a 12-week body weight exceeding 55 g, wird von den im Locus Nidd/SJL befindlichen weitere Kreuzungspartner verwendet: die 90% of the Nidd/SJL carriers but only 50% Diabetes-Genen verändert: Kontrolltiere New Zealand black (NZB) Maus, ein zur NZO of the controls exhibited a decompensation (Nicht-Genträger) entwickeln erst ab einem verwandter, nicht adipöser Stamm, und of the blood glucose regulation. Below a 12-Wochen-Körpergewicht von 50 g einen C57BL6 als weit verbreiteter und gut charak- threshold of 40 g (at week 12), Nidd/SJL was Typ-2-Diabetes (Prävalenz ca. 50%), während terisierter Kontrollstamm (Abb. ᭿3 ). Die not diabetogenic. In addition, we could show bei den Genträgern von Nidd/SJL bereits ab Kreuzungen sind noch nicht abgeschlossen that the fat content of the diet markedly einem 12-Wochen-Gewicht von 40 g eine und werden noch etwa ein bis zwei Jahre in accelerated the development of diabetes Dekompensation der Blutzuckerregulation Anspruch nehmen. Erste Analysen zeigen and aggravated the effect of Nidd/SJL. auftritt. Ist das 12-Wochen-Gewicht größer bereits, dass nach Übertragung des Diabetes- Strategies for the identification of obesity als 55 g, dekompensiert die Blutzucker- QTL Nidd/SJL auf den C57BL6-Stamm dieser and diabetes genes regulation bei 90% der Nidd/SJL-Träger und QTL immer noch diabetogen wirkt. Damit ist The identification of gene variants located nur bei 50% der Kontrollen. Wir konnten der Beweis geführt, dass dieser Locus tat- in susceptibility loci – which normally span 10–20 cM (centi-Morgan), equivalent to 20–40 Mbp (million base pairs), and 200–500 genes – critically depends on strategies to narrow down these segments. Fettreiche Diät One strategy for dissecting complex sus- ceptibilities is the generation of recombinant congenic strains in which a selected ADIPOSITAS chromosomal region is transferred to a control strain via successive backcrossing. The phenotypic and genotypic analyses allow the dissection of critical regions to 1–2 cM, Insulinresistenz which will finally lead to the identification of gene variants responsible for the disease. Glucosetoleranz In addition to the NZO mouse, two differ- Kontrolle ent breeding partners have been used, the Insulin-produzierendeInsulin-produzierende␤ -Zellen ␤-Zellen New Zealand black (NZB) mouse, the next InselzellverlustInselzellverlust ᭿2 Interaction of adipogenic and diabetogenic DIABETES genes during the development of diabetes. Susceptibility loci for obesity such as Nob1 Nidd /SJL induce an increase in body weight which leads to the development of insulin resistance and an impaired glucose tolerance. Simultaneous ᭿2 Interaktion von Adipositas- und Diabetes-Genen im Verlauf der Diabetesentstehung. Suszeptibilitäts- presence of a diabetes QTL such as Nidd/SJL loci für Adipositas wie Nob1 induzieren ein erhöhtes Körpergewicht, das zur Insulinresistenz und einer induces the failure of insulin-producing ␤-cells verschlechterten Glucosetoleranz führt. Gleichzeitiges Vorliegen eines Diabetes-QTL wie Nidd/SJL führt and, finally, type 2 diabetes. The effects of the schließlich zum Verlust von Insulin-produzierenden ␤-Zellen und damit zum Typ-2-Diabetes. Die Effekte QTL are accelerated by a high-fat diet. der QTL werden durch eine fettreiche Diät verstärkt. 15

᭿3 NZO mouse and C57BL6 mouse (reference strain).

non-obese relative of NZO, and C57BL6, the most widely distributed reference strain (Fig. ᭿3 ). The crosses have not been finished yet and will take approximately two years. First results indicate that after transfer of the diabetes QTL Nidd/SJL to the C57BL6 strain, this QTL still induces diabetes. Thus, these results provide strong evidence for a diabetogenic gene in this locus. The aim of the ongoing project is to identify the genes responsible for the effects of the susceptibility loci. At present, the loci are dissected by generation of recombinant congenic lines and the creation of haplotype maps. Information as to the function of the genes located in the critical regions is obtained by analysis of their expression. In addition, we are trying to identify variants by sequencing candidates located in the QTL.

Gastrointestinal peptides for the regulation of body weight ᭿ 3 Mausstamm mit polygener Adipositas (NZO-Maus) und verwendeter C57BL6 Kontrollstamm. Our group is working on gastrointestinal hormones involved in the regulation of the sächlich ein diabetogenes Gen enthält. Eine wichtige Rolle in der Regulation des energy balance. Core areas of the hypothal- Ziel der gegenwärtigen Arbeit ist es, die für Sättigungsgefühls spielt das gastrointesti- amus and the brain stem are involved in die Effekte der Suszeptibilitätsloci verant- nale Peptidhormon PYY(3–36), das kürzlich the maintenance of the energy homeostasis: they also receive and transfer signals wortlichen Gene zu identifizieren. Zurzeit als Sättigungsfaktor beschrieben wurde. Ziel from the periphery in order to adapt the werden hierzu die Loci durch die Zucht kon- der Arbeitsgruppe war es, die Wirkungs- organism to changing environmental con- gener Linien und die Erstellung von Haplo- mechanismen und neuronalen Netzwerke ditions. The peptide hormone ghrelin, for typenkarten weiter eingegrenzt. Informa- von PYY(3–36) zu analysieren, um Strategien example, is secreted by gastric cells and tionen zur Funktion der varianten Gene wer- zur Adipositastherapie mit PYY(3-36) zu ent- induces hunger through hypothalamic den durch Untersuchung der Expression der wickeln. Anders als erwartet wirkte PYY(3-36) receptors. In addition, ghrelin produced in in den kritischen Regionen liegenden Gene in den Untersuchungen nicht hemmend auf the central nervous system is apparently gewonnen. Zudem versuchen wir, die Varian- die Nahrungsaufnahme, sondern – insbeson- responsible for the effects of modulation of ten durch Sequenzierung von Kandidaten- dere nach Injektion in den Liquorraum des neuropeptides such as neuropeptide Y genen zu identifizieren. Gehirns – meistens stimulierend. Zur The- (NPY) and proopiomelanocortin (POMC), rapie der Adipositas ist daher PYY(3–36) nicht mediating hunger and satiety, respectively. geeignet, allenfalls Antagonisten des Neuro- The gastrointestinal peptide hormone Gastrointestinale Botenstoffe als peptids könnten die gewünschte Appetit- PYY(3-36), recently described as satiety fac- Regulatoren des Körpergewichts hemmung bewirken. tor, plays an important role in the regula- Matthias Tschöp, Tamara Castañeda, Hella Jürgens tion of satiety. Our aim was to investigate Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit the neuronal networks of the hypothala- Transport von Nährstoffen: Molekulare mus that are modulated by PYY(3-36) in Botenstoffen, die in der Peripherie, z.B. von Grundlagen und hormonelle Regulation order to develop strategies for the obesity Magen und/oder Darm gebildet werden und Annette Schürmann, Hadi Al-Hasani, treatment with this peptide. However, in Einfluss auf die Energiebilanz nehmen. Für Andrea Scheepers, Ulrike Schmidt, Stefan Schmidt contrast to expected results, PYY(3-36) did die Aufrechterhaltung der Energiehomö- not inhibit but rather stimulated food ostase sind Kerngebiete im Hypothalamus In allen Zellen, Zellsystemen und Organen ist intake, in particular after icv-injection. und Hirnstamm beteiligt, die auch aus der Glucose der wichtigste Nährstoff für die Therefore, the peptide PYY(3-36) itself is Peripherie Signale erhalten und verarbeiten. Erzeugung von Energie. Daher sind eine aus- not a useful anti-obesity agent, whereas Sie ermöglichen so dem Organismus, sich gewogene Zufuhr, Verteilung und Metaboli- antagonists of the neuropeptide might ändernden äußeren Bedingungen anzupas- sierung von Glucose essentiell für die Auf- induce the desired inhibition of appetite. sen. Das Peptidhormon Ghrelin z.B. wird vom rechterhaltung der Energiehomöostase. Magen sezerniert und induziert über hypo- Außerdem spielt Glucose bei der Regulation Transport of nutrients: Molecular basis thalamische Steuerungssysteme die Nah- der Nahrungsaufnahme und Energiebilanz and hormonal regulation rungsaufnahme. Ghrelin wird außerdem vom eine wichtige Rolle, da spezifische Sensoren In all cells and organs, glucose is the main Zentralnervensystem produziert und spielt auf unterschiedliche Glucosekonzentrationen nutrient for the generation of energy. hier für die Feinmodulation anderer Hunger- reagieren. Glucose entsteht hauptsächlich Therefore, a balanced supply, distribution, induzierender Peptide, wie Neuropeptid Y durch Spaltung von Di- und Polysacchariden and metabolism of glucose is essential for (NPY), und sättigungsfördernder Peptide, wie im Dünndarm. Von dort wird sie mit Hilfe the maintenance of energy homeostasis. In Proopiomelanocortin (POMC), eine Rolle. Natrium-abhängiger Glucosetransporter addition, glucose is involved in the regula- 16

᭿4 Binding of the ␤-subunit of the adapter protein complex AP-2 to the di-leucine motif of 10 the N-terminus of GLUT8 triggers its internaliza- GLUT8wt tion. The interaction of the AP-2 ␤-subunit with GLUT8 was established by the yeast two-hybrid system (indirectly via detection of ␤-galactosidase 8

activity). After mutation of the di-leucine motif ] for two alanines (LL/AA), no binding was detected. -3 6 GLUT8 is located at the cell surface when the x10 GLUT8 LL/AA

di-leucine motif is mutated. The same distribution 600 can be observed after depletion of the AP-2 complex (- AP-2). 4 /min/OD tion of food intake and energy balance 578 C -Galactosidase-Aktivität 2 because its availability is monitored by spe- ␤ [OD GLUT8wt cific sensors. Glucose is mainly generated by -AP-2 cleavage of di- and polysaccharides within 0 ␣␤ ␮ ␴ ␣␤ ␮ ␴ Kontrolle the small intestine. It is subsequently trans- Adaptin 2 2 2 2 2 2 ported into the mucosa cells by sodium- GLUT8 Wildtyp LL/AA dependent glucose transporters (SGLT). 20 µm Export of glucose into the serum and uptake by liver and peripheral tissues are catalyzed ᭿ ␤ by glucose transporters of the GLUT family. 4 Die Bindung der 2-Untereinheit des Adapterproteinkomplexes AP-2 an das Di-Leucin-Motiv im N- Terminus des GLUT8 vermittelt seine Internalisierung. Die Interaktion der AP-2 ␤-Untereinheit mit GLUT8 The family of GLUT-proteins consists of 14 wurde mit Hilfe des Two-Hybrid-Systems nachgewiesen (indirekt durch Bestimmung der ␤-Galactosidase- members which differ in their tissue distri- Aktivität). Nach Austausch des Di-Leucin-Motivs gegen zwei Alanine (LL/AA) ist dagegen keine Bindung bution and also in their substrate specificity. mehr nachweisbar. GLUT8 ist nach Mutation des Di-Leucin-Motivs an der Zelloberfläche lokalisiert. Diese GLUT8 transports glucose with high Verteilung wird auch durch das Ausschalten des AP-2-Komplexes (- AP-2) beobachtet. affinity and is expressed in spermatozoa as well as in insulin-sensitive tissues (differentiation-dependent in fat cells). In fat cells, (sodium dependent glucose transporters, komplexen (AP) notwendig ist, haben wir die GLUT8 cycles between intracellular mem- SGLT) in die Mukosazellen aufgenommen Interaktion zwischen dem N-Terminus von branes and the plasma membrane, similar und anschließend durch Mitglieder der GLUT- GLUT8 und AP untersucht. Tatsächlich to the insulin-regulated transporter GLUT4. Familie ins Serum und vom Serum in die Zel- konnten wir zeigen, dass GLUT8 über das Under basal conditions, both transporters len der verschiedenen Gewebe transportiert. Di-Leucin-Motiv an die ␤2-Adaptin-Unter- are mainly located in intracellular compart- Die Familie der GLUT-Proteine zählt 14 Mit- einheit des heterotetrameren AP-2-Komple- ments, but only GLUT4 is translocated to glieder, die sich in ihrer Gewebsverteilung xes bindet und dass das Ausschalten von the plasma membrane after treatment und z.T. auch in ihren Substratspezifitäten ␤2-Adaptin eine Umverteilung von GLUT8 with insulin. GLUT8 can be detected at the unterscheiden. GLUT8 transportiert Glucose an die Zelloberfläche zur Folge hat (Abb. ᭿4 ). cell surface of different cells when the mit hoher Affinität und wird in Spermato- Die Rekrutierung von GLUT8 in ein intrazellu- endocytosis is blocked by co-expression of zoen, aber auch in insulinempfindlichen läres Kompartiment erfolgt also durch eine a dominant-negative dynamin mutant or Geweben, vor allem differenzierungsabhän- direkte Bindung des ␤2-Adaptins an das after mutation of the N-terminal di-leucine gig in Fettzellen, exprimiert. In Fettzellen Di-Leucin-Motiv; allerdings ist der physiolo- motif. Since the di-leucine motif appears to zirkuliert GLUT8 ähnlich dem durch Insulin gische Stimulus, der eine Translokation von be responsible for the retention of GLUT8 regulierten Glucosetransporter GLUT4 zwi- GLUT8 induziert, noch nicht bekannt. and several endocytotic processes require schen intrazellulären Membranen und der Ziel unserer Arbeitsgruppe ist es nun, die the interaction with clathrin-associated Plasmamembran. Beide Transporter sind in Rolle von GLUT8 für die Glucose-Homöostase adapter-protein complexes (AP), we unstimulierten Zellen fast ausschließlich im in vivo zu untersuchen. Dazu sollen der investigated the interaction between the Zellinnern lokalisiert, allerdings wird nur Transporter spezifisch im Fettgewebe und N-terminus of GLUT8 and AP. Actually, GLUT4 nach Insulinbehandlung zur Plasma- in Glucose-sensitiven Neuronen der Maus we could demonstrate that GLUT8 binds membran transloziert. GLUT8 ist in verschie- ausgeschaltet und der Phänotyp dieser sog. to the ␤2-adaptin subunit of the hetero- denen Zellen nur dann an der Zelloberfläche knockout-Mutanten analysiert werden. tetrameric AP-2 complex via its N-terminus. nachweisbar, wenn die Endozytose durch In addition, the deletion of ␤2-adaptin Expression einer dominant negativen induced a translocation of GLUT8 to the cell Dynamin-Mutante gehemmt oder ein Di- Technische Mitarbeiterinnen surface (Fig. ᭿4 ). The recruitment of GLUT8 from the cell surface to an intracellular Leucin-Motiv im N-Terminus ausgetauscht Anne Karasinsky compartment occurs via direct binding of wird. Da offensichtlich das Di-Leucin-Motiv Susanne Neubert ␤2-adaptin to the di-leucine motif. für die intrazelluläre Retention des GLUT8- Monika Niehaus However, the physiological stimulus that Proteins verantwortlich und für viele endo- Carola Plaue induces a translocation of GLUT8 is zytotische Prozesse eine Interaktion mit Brigitte Rischke presently unknown. Clathrin-assoziierten Adapter-Protein- Kathrin Warnke Our objective is to study the role of GLUT8 for glucose homeostasis in vivo. Therefore, we are generating mice with targeted disruption of GLUT8 in fat and in glucose- sensitive neurons and will analyze the phenotype of these knockout mutants. 17

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/Original Papers von Groote-Bidlingmaier, F., Schmoll, D., Orth, DFG-Forschergruppe Mechanismen der Becker, W., Kluge, R., Kantner, T., Linnartz, K., H.M., Joost, H.G., Becker, W., Barthel, A.: normalen und gestörten Insulinwirkung: Korn, M., Tschank, G., Plum, L., Giesen, K., DYRK1 is a co-activator of FKHR (FOXO1a)- Teilprojekt 1: Insulinresistenz und Typ 2 Joost, H.G.: Differential hepatic gene expres- dependent glucose-6-phosphatase gene Diabetes: Identifikation von Suszeptibili- sion in a polygenic mouse model with insulin expression. Biochem. Biophys. Res. Commun. tätsgenen in einem Mausmodell, resistance and hyperglycemia: evidence for a 300, 764-769 (2003). Teilprojekt 2: Rolle der Glucosetransporter combined transcriptional dysregulation of GLUT8 und GLUT11 im normalen und gluconeogenesis and fatty acid synthesis. Übersichtsarbeiten/Reviews gestörten Glucosestoffwechsel J. Mol. Endocrinol. 32, 195-208 (2004). Al-Hasani, H., Tschöp, M.H., Cushman, S.W.: Finanzierung: DFG Two birds with one stone: novel glucokinase Laufzeit: 01.11.2000–31.05.2006 Bosch, R.R., Bazuine, M., Wake, M.M., Span, activator stimulates glucose-induced pancre- Sortierung des insulinregulierten Glucose- P.N., Olthaar, A.J., Schürmann, A., Maasen, atic insulin secretion and augments hepatic transporters GLUT4 durch Adapterproteine J.A., Hermus, A.R., Willems, P.H., Sweep, C.G.: glucose metabolism. Mol. Interv. 3, 367-370 Finanzierung: DFG Inhibition of protein kinase C-beta-II (2003). Laufzeit: 01.07.2004–30.06.2006 increases glucose uptake in 3T3-L1 adipo- Rolle der Ras-ähnlichen GTPase ARF-related cytes through elevated expression of glucose Horvath, T.L., Diano, S., Tschöp, M.: Brain protein 1 (ARFRP1) in Differenzierung und transporter 1 at the plasma membrane. Mol. circuits regulating energy homeostasis. Morphogenese Endocrinol. 17, 1230-1239 (2003). Neuroscientist. 10, 235-246 (2004). Finanzierung: DFG Laufzeit: 01.01.2003–31.12.2004 Chen, X.L., Al-Hasani, H., Olausson, T., Scheepers, A., Joost, H.G., Schürmann, A.: The NGFN2: Teilprojekt 9: Identification of Wenthzel, A.M., Smith, U., Cushman, S.W.: glucose transporter families SGLT and GLUT: candidate genes for human obesity in a Activity, phosphorylation state and subcellu- Molecular basis of normal and aberrant func- mouse model of morbid, polygenic obesity lar distribution of GLUT4-targeted Akt2 in rat tion. JPEN J. Parenter. Enteral Nutr. 28, Finanzierung: BMBF adipose cells. J. Cell Sci. 116, 3511-3518 364-371 (2004). Laufzeit: 01.09.2004–31.08.2007 (2003). Buchbeiträge/Book Articles BioProfil Nutrigenomik: Analyse neuer Targets für die Behandlung der Adipositas Gaster, M., Handberg, A., Schürmann, A., Al-Hasani, H.: Regulated transport of the Finanzierung: BMBF Joost, H.G., Beck-Nielsen, H., Schroder, H.D.: glucose transporter GLUT4. In: Boles, E., Laufzeit: 01.11.2004–31.10.2007 GLUT11, but not GLUT8 or GLUT12, is Krämer, R. (eds.) Topics in Current Genetics, expressed in human skeletal muscle in a fibre Vol 9: Molecular Mechanisms Controlling BioProfil Nutrigenomik: Spiegelmere als type-specific pattern. Pflugers Arch. 448, Transmembrane Transport, 325-352 (2004). neuer therapeutischer Ansatz zur 105-113 (2004). Behandlung der Adipositas Schürmann, A., Joost, H.G.: ARF-like proteins. Finanzierung: BMBF Giesen, K., Plum, L., Kluge, R., Ortlepp, J., Joost, In: Kahn, R.A. (eds.) ARF Family GTPases, Laufzeit: 06.07.2004–30.06.2005 H.G.: Diet-dependent obesity and hypercho- Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The BioProfil Nutrigenomik: Teilprojekt 2: lesterolemia in the New Zealand obese Netherlands, 325-350 (2003). Einfluss von Diäten auf die Entstehung und mouse: Identification of a quantitative trait Ausprägung des Metabolischen Syndroms locus for elevated serum cholesterol on the in Abhängigkeit von individuellen distal mouse chromosome 5. Biochem. genetischen Risikoprofilen Biophys. Res. Commun. 304, 812-817 (2003). Finanzierung: BMBF Laufzeit: 01.08.2003–31.07.2006 Kortylewski, M., Feld, F., Krüger, K.D., DIABESITY: Novel Molecular Drug Targets Bahrenberg, G., Roth, R.A., Joost, H.G., for Obesity and Type 2 Diabetes (Integrated Heinrich, P.C., Behrmann, I., Barthel, A.: Akt Project) modulates STAT3-mediated gene expression Finanzierung: EU through a FKHR (FOXO1a)-dependent mech- Laufzeit: 01.01.2004–31.12.2008 anism. J. Biol. Chem. 278, 5242-5249 (2003). Longterm effects of ghrelin and its receptor agonists on energy balance Tang-Christensen, M., Vrang, N., Ortmann, S., Finanzierung: Eli Lilly International Foundation Bidlingmaier, M., Horvath, T.L., Tschöp, M.: Laufzeit: 01.07.2002–30.06.2003 Central administration of ghrelin and agouti- in vivo characterization of anti-ghrelin- related Protein (83-132) increases food intake spiegelmers in rodents and decreases spontaneous locomotor activ- Finanzierung: NOXXON Pharma AG ity in rats. Endocrinology 145, 4645-4652 Laufzeit: 01.11.2002–30.10.2003 (2004). Identifikation von Diabetesgenen in der Tschöp, M., Castañeda, T.R., Joost, H.G., NZO-Maus Thöne-Reineke, C., Ortmann, S., Klaus, S., Finanzierung: DDG Hagan, M.M., Chandler, P.C., Oswald, K.D., Laufzeit: 10.02.2003–31.12.2004 Benoit, S.C. et al.: Physiology: does gut Hypothalamisches Ghrelin und seine hormone PYY3-36 decrease food intake in Mechanismen rodents? Nature. 430, 165-166 (2004). Finanzierung: National Institute of Health, USA Laufzeit: 01.11.2002–31.12.2003 Arbeitsgruppe Physiologie des Energiestoffwechsels 18 Leitung: Prof. Dr. Susanne Klaus

Laboratory of Physiology of Energy Metabolism Head: Prof. Dr. Susanne Klaus

Summary Our group investigates the role Zusammenfassung Unsere Arbeitsgruppe Geschlechtsunterschiede bei der of energy metabolism in the development beschäftigt sich mit der Rolle des Energie- Körpergewichtsregulation of obesity with special focus on macronu- stoffwechsels bei der Entwicklung von Petra Wiedmer, Michael Boschmann, Susanne Klaus trients but also on other food compounds Adipositas (krankhaftes Übergewicht) mit and their function in energy balance. We besonderem Schwerpunkt auf die Funktion Die „Set-point“-Hypothese der Körper- use different rodent models (rats, mice der Makronährstoffe (Protein, Kohlenhydrat, gewichtsregulation nimmt an, dass jeder including transgenic mice) but also conduct Fett), aber auch bestimmter Nahrungs- Organismus eine individuell festgelegte human studies. Central questions we want inhaltsstoffe im Energiehaushalt. Dies wird Körpermasse hat, die bei geringfügiger to answer are: What are the mechanisms hauptsächlich an verschiedenen Nager- Abweichung wieder bis zum ursprünglichen that regulate body weight and energy modellen (Ratte, Maus), aber auch in human- Betrag ausgeglichen wird. Die stetige Zu- balance? How do food compounds affect experimentellen Studien untersucht. Die nahme von Übergewicht und Adipositas vor the physiological and molecular mechanisms zentralen Fragen, die wir beantworten wol- allem in den industrialisierten Ländern zeigt of body weight regulation? Finding answers len, sind folgende: Welche Mechanismen jedoch, dass dieses einfache Prinzip bei vielen to these questions should help to develop regulieren das Körpergewicht und die Menschen nicht zu funktionieren scheint. Um efficient approaches to obesity prevention Energiebilanz? Wie beeinflussen die Makro- die „Set-Point“-Hypothese zu testen, haben and therapy. Here we present two selected nährstoffe und andere Nahrungskompo- wir daher in einem tierexperimentellen projects. The first project demonstrates nenten die physiologischen und molekularen Ansatz das Körpergewicht von Mäusen gender differences in body-weight regulation Mechanismen der Körpergewichtsregula- künstlich erhöht. Dazu wurden männlichen in normal mice. In the second project, we tion? Die Beantwortung dieser Fragen soll es und weiblichen Mäusen Gewichte identi- investigated the effect of macronutrient ermöglichen, effiziente Ansätze zur Therapie schen Volumens in die Bauchhöhle implan- choice diets on energy metabolism in obese und Prävention von Adipositas zu entwickeln. tiert. Die Gewichte betrugen 2% (LO) oder mice. Im Folgenden werden zwei ausgewählte 10% (HI) der Körpermasse; zusätzlich wurde Projekte vorgestellt, die an Tiermodellen eine Schein-OP durchgeführt (SO). Über Geschlechtsunterschiede bei der Körper- einen Zeitraum von 14 Wochen wurden die Gender dimorphism of body mass gewichtsregulation zeigen und die Auswir- Körpergewichtsentwicklung und die Nah- perception and regulation in mice kung verschiedener Diäten auf den Energie- rungsaufnahme aufgezeichnet. Zusätzlich According to the set-point hypothesis of stoffwechsel untersuchen. wurde jeweils 2 Wochen vor sowie 2 und body mass regulation, changes in body 12 Wochen nach der Implantation der mass are perceived by the body, leading to Energieumsatz über 24h gemessen und die activation of compensatory feedback mech- Körperzusammensetzung vor Implantation anisms which in turn restore the set-point und 14 Wochen nach Implantation bestimmt. body mass. However, this theory is still Wir gingen dabei von der Hypothese aus, under debate. To test if weight per se might dass, falls das Körpergewicht an sich reguliert be sensed and regulated, we implanted wird, nach Gewichtsimplantation die bio- weights corresponding to 10% (HI) or 2% logische Körpermasse kompensatorisch redu- (LO, control) of body mass into mice; in ziert werden müsste. addition, sham operations were done (SO). We recorded body mass, food intake, males females energy expenditure, and body composition A over 14 weeks. Both male and female mice 110 110 showed an initial stress-induced loss of 105 105 body mass which was more pronounced in 100 100 males. Subsequently, male HI mice displayed a decreased biological body mass 95 95 SO (BBM, body mass exclusive of the implant 90 * 90 * LO * mass) equivalent to approximately half of HI biological body mass (%) 85 * * 85 the implant mass (Fig. ᭿1 ), due to a decrease in fat mass compared to SO -20 2 4 6 8 101214 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 males. In contrast, female HI mice rapidly B recovered and maintained their initial BBM 120 120 and body composition following weight 110 110 implantation. Initial lean body mass was 100 100 maintained in all male and female groups, 90 90 and energy intake was similar in all male 80 80 and female groups. Body mass changes 70 70 could not be explained by measurable energy intake (%) 60 60 50 50 * ᭿1 Changes in biological body mass (A), and -2 0 2 4 6 8 10 12 14 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 energy intake (B) after implantation of weights weeks after weight implantation weeks after weight implantation into male and female mice. SO: sham operated mice; LO: implants corresponding to 2% of body ᭿1 Änderungen in der biologischen Körpermasse (A) und Futteraufnahme (B) nach Implantation von weight; HI: implants corresponding to 10% of Gewichten zur künstlichen Erhöhung der Körpermasse. SO: Schein-operierte Mäuse; LO: Implantate von body weight. 2% des Körpergewichts; HI: Implantate von 10% des Körpergewichts. 19

᭿2 Voluntary macronutrient intake by wild-type (left plot) and transgenic mice (right plot) as a 120 Control Transgenic mice 120 function of time.

100 Carbohydrate 100 Protein changes in energy intake or energy expen- Fat 80 80 diture. We conclude that changes in body 60 60 mass are perceived and partially compen- sated in male but not in female mice, sug- 40 40 gesting that mass-specific regulation of body mass might not play a major role in 20 20 overall body mass regulation. Different

Voluntary food intake (kJ0 /d) 0 compartments of the body are possibly regulated by different signals and stimuli. Our 4681012141618 4 6 8 10 12 14 16 18 results suggest that lean body mass rather weeks than body mass per se seems to be tightly regulated. Higher efficiency of energy uti- ᭿2 Auswahl und Verzehr der Makronährstoffe von Kontrollmäusen und transgenen Mäusen bei einer lization in females compared to males Makronährstoff-Wahldiät. could explain gender-specific changes in energy balance. Es zeigte sich, dass bedingt durch den Opera- permasse (Fettmasse und fettfreie Masse) tions-Stress alle Gruppen innerhalb der ers- unterschiedlich wahrgenommen und regu- Self-selected macronutrient diet affects ten Woche an Masse abgenommen haben, liert werden, wobei sich zudem deutliche energy and glucose metabolism in obese wobei bei den Männchen die Abnahme pro- Geschlechtsunterschiede zeigen. transgenic mice portional zum Gewicht des Implantates war, während HI-Weibchen keine höhere Here we investigated transgenic mice with Eine Makronährstoff-Wahldiät beeinflusst Gewichtsabnahme zeigten als LO. Nach etwa a largely ablated brown adipose tissue den Energie- und Glukosestoffwechsel von 2 Wochen erholte sich das Körpergewicht (BAT) that develop obesity and diabetes, adipösen transgenen Mäusen und nach etwa 4 Wochen hatten die männ- especially on a high fat diet. They are there- Sylvia Ortmann, Julia Prinzler, Susanne Klaus lichen LO das Gewicht der SO wieder erreicht. fore used as an animal model for human Anders war es bei den HI-Männchen, die kon- Hier untersuchten wir transgene Mäuse, die obesity and insulin resistance. It is not yet stant eine niedrigere biologische Körper- ein weitgehend ausgeschaltetes braunes clear if the development of obesity in these masse bewahrten, die im Schnitt 4% unter Fettgewebe haben und die Adipositas und mice is due to hyperphagia. In normal ani- der SO-Gruppe lag, d.h. etwa die Hälfe des Diabetes entwickeln, insbesondere bei mal maintenance, mice are provided with implantierten Gewichts ausmachte (Abb. ᭿1 ). Fütterung einer fettreichen Diät. Daher wer- just one defined diet. Total food intake Diese Körpermassenreduktion geschah auf den sie als Tiermodell für humane Adipositas might therefore be influenced by prefer- Kosten des Körperfettgehalts, während die und Insulinresistenz genutzt. Es ist bisher ence for and/or dislike of one or several fettfreie Masse nach 14 Wochen nicht ver- nicht klar, ob die Adipositasentwicklung die- food components within this diet. Different ändert war. Bei den Weibchen zeigten sich ser Mäuse auf einer Hyperphagie (über- macronutrient preferences for example andere Ergebnisse: zu keinem Zeitpunkt kam mäßige Nahrungszufuhr) beruht. In der Regel might influence ingestive behavior in mice. es zu einer Kompensation des implantierten erhalten Mäuse im Labor eine definierte Diät There is also evidence that mice and rats Gewichtes und auch die Regeneration des und die Futteraufnahme kann durch die are able to select a diet that is beneficial to Körpergewichts nach dem anfänglichen Präferenz für bzw. Abneigung gegen spezi- their health. Thus, it is conceivable that Operations-Stress erfolgte deutlich schneller fische Inhaltsstoffe beeinflusst werden. transgenic mice given a choice of macronu- als bei den Männchen. Auch die Körper- Verschiedene Makronährstoff-Präferenzen trients might select a diet that is beneficial zusammensetzung war nicht verändert. Bei können so das Fressverhalten beeinflussen. with respect to the development of obesity der Nahrungsaufnahme zeigten sich eben- Es gibt auch Hinweise darauf, dass Mäuse and/or diabetes. falls geschlechtsspezifische Unterschiede. und Ratten in der Lage sind, eine Diät auszu- The aim of the present study was therefore Obwohl beide Geschlechter die Nahrungs- wählen, die vorteilhaft für sie ist. Es ist daher to analyze macronutrient self-selection of aufnahme in der ersten Woche nach der möglich, dass die transgenen Mäuse bei transgenic mice from weaning to adult- Operation reduzierten, war diese Reduktion freier Auswahl der verschiedenen Makro- hood, and to investigate the effect of a bei den männlichen LO und HI Mäusen nährstoffe eine Nahrungszusammenstellung chronic choice diet regime on energy deutlicher ausgeprägt als bei den Weibchen. wählen, die für sie vorteilhaft ist im Hinblick metabolism and the development of obe- Dagegen zeigten die HI Weibchen nach der auf die Entwicklung von Adipositas und sity and diabetes in this animal model. ersten Woche tendenziell eine Erhöhung der Diabetes. Transgenic and wild-type (WT) littermates Nahrungsaufnahme. Der Energieumsatz war Ziel dieser Studie war daher, die Nahrungs- were fed a semisynthetic macronutrient bei beiden, Männchen und Weibchen, 2 Wo- auswahl bei einer Makronährstoff-Wahldiät choice diet (CD) ad libitum from weaning chen nach Implantation tendenziell erhöht, zu charakterisieren und den Effekt dieser until 18 weeks of age. Energy homeostasis nach 14 Wochen jedoch war diese Erhöhung Nahrungswahl auf den Energiestoffwechsel was assessed by measurement of food nur noch bei den Weibchen sichtbar. und die Diabetesentwicklung zu untersu- intake, food digestibility, body composition, Die bisherigen Ergebnisse sprechen eher chen. Dazu erhielten transgene Mäuse und and energy expenditure. Diabetes was gegen die „Set-Point“-Hypothese, zumindest Kontrollmäuse eine semisynthetische Makro- assessed by blood glucose measurements für weibliche Tiere. Es scheint vielmehr, dass nährstoff-Wahldiät bis zum Alter von 18 Wo- and insulin-tolerance tests. die verschiedenen Kompartimente der Kör- chen. Analysiert wurden die Energiehomö- WT and transgenic mice showed a high fat 20

᭿3 Ph.D. student preparing RNA from tissue samples. preference and increased energy digestion on CD compared to a low-fat standard diet (SD). On CD, WT mice accumulated less body fat (17%) than transgenic mice (33%) although they had a higher overall energy intake. Compared to WT mice, resting metabolic rate was reduced in transgenic mice irrespective of diet. Transgenic mice progressively decreased their carbohydrate intake, resulting in an almost complete avoidance of carbohydrates (Fig. ᭿2 ). Transgenic mice developed severe insulin resistance but showed decreased fed and fasted blood glucose on CD. In contrast to WT mice, transgenic mice were not able to reduce their weight gain efficiency on CD. This suggests that due to the high fat preference of the background strain and the increased metabolic efficiency, BAT- deficient mice still develop obesity and insulin resistance on a macronutrient- ᭿3 Doktorandin bei der Extraktion von RNA aus Gewebeproben. choice diet even when decreasing overall energy intake. By avoiding carbohydrates, ostase und die Körperzusammensetzung, fast kompletten Vermeidung von Kohlen- however, they were able to maintain sowie Blutglucose und Insulinsensitivität hydraten (Abb. ᭿2 ). Sie entwickelten eine normoglycemia despite their insulin (Insulin-Toleranz-Test). ausgeprägte Insulinresistenz, zeigten aber resistance. Kontrollmäuse und transgene Mäuse zeigten reduzierte Blutglucosespiegel. Im Unter- eine hohe Fettpräferenz und hatten eine schied zu den Kontrollen waren transgene erhöhte Energieaufnahme bei der Wahldiät Mäuse offensichtlich nicht fähig, die Energie- im Vergleich zu einer fettarmen Standard- effizienz bei der Wahldiät zu verringern. diät. Kontrollmäuse hatten weniger Körper- Durch die Vermeidung von Kohlenhydraten fett (17%) als transgene Mäuse (33%), waren sie jedoch in der Lage, normale Blut- obwohl sie mehr fraßen. Dies zeigt deutlich, glucosespiegel aufrecht zu erhalten trotz dass die Adipositasentwicklung der trans- einer Insulinresistenz. genen Mäuse nicht auf einer eine Hyper- phagie beruht. Die transgenen Mäuse hatten Technische Mitarbeiterinnen im Vergleich zu den Kontrolltieren einen ver- Petra Albrecht minderten Ruheumsatz unabhängig von der Carola Plaue Diät. Zudem verringerten sie sukzessiv die Karin Schaller Aufnahme von Kohlenhydraten bis zu einer Antje Sylvester 21

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Orginalarbeiten/Original Papers Ortmann, S., Prinzler, J., Klaus, S.: Self-selected Pharmakogenetik und Physiologie des Bos, C., Metges, C.C., Gaudichon, C., Petzke, macronutrient diet affects energy and glu- beta-2-Adrenozeptors beim Menschen K.J., Pueyo, M.E., Morens, C., Everwand, J., cose metabolism in brown fat-ablated mice. Finanzierung: DFG Benamouzig, R., Tome, D.: Postprandial Obes. Res. 11(12), 1536-1544 (2003). Laufzeit: 01.01.2001–31.12.2003 kinetics of dietary amino acids are the main determinants of their metabolism after soy Tang-Christensen, M., Vrang, N., Ortmann, S., BioProfil Nutrigenomik: Innovationen in or milk protein ingestion in humans. J. Nutr. Bidlingmaier, M., Horvath, T., Tschöp, M.: Therapiekonzepten des Metabolischen 133, 1308-1315 (2003). Central administration of Ghrelin and agouti- Syndroms, Teilprojekt 2: Einfluss von Diäten related Protein (AGRP (83-132) increases food auf die Entstehung und Ausprägung des Boschmann, M., Jordan, J., Adams, F., intake and decreases spontaneous locomotor Metabolischen Syndroms in Abhängigkeit Christensen, N.J., Tank, J., Franke, G., Stoffels, activity in rats. Endocrinology 145, 4645- von individuellen genetischen Risiko- M., Sharma, A.M., Luft, F.C., Klaus, S.: Tissue 4652 (2004). profilen specific responses to interstitial angiotensin Finanzierung: BMBF II in humans. Hypertension 41, 37-41 (2003). Tschöp, M., Castañeda, T.R., Joost, H.G., Laufzeit: 01.08.2003–31.07.2006 Thöne-Reineke, C., Ortmann, S., Klaus, S., Boschmann, M., Steiniger, J., Hille, U., Tank, J., Hagan, M.M., Chandler, P.C., Oswald, K.D., Einfluss einer Hochproteindiät unter- Adams, F., Sharma, A.M., Klaus, S., Luft, F.C., Benoit, S.C., Seeley, R.J., Kinzig, K.P., Moran, schiedlicher Proteinqualität während der Jordan, J. Water-induced thermogenesis.: J. T.H., Beck-Sickinger, A.G., Koglin, N., Rodgers, Schwangerschaft auf die Entwicklung der Clin. Endocrinol. Metab. 88, 6015-6019 (2003). R.J., Blundell, J.E., Ishii, Y., Beattie, A.H., Holch, Föten – Untersuchungen am Rattenmodell P., Allison, D.B., Raun, K., Madsen, K., Wulff, Finanzierung: Danone Cota, D., Marsicano, G., Tschöp, M., Grübler, Y., B.S., Stidsen, C.E., Birringer, M., Kreuzer, O.J., Laufzeit: 01.02.2002–01.01.2004 Flachskamm, C. , Schubert, M., Auer, D., Schindler, M., Arndt, K., Rudolf, K., Mark, M., Yassouridis, A., Thöne-Reineke, C., Ortmann, Deng, X.Y., Withcomb, D.C., Halem, H., Taylor, Einfluss von Teecatechin auf die Körper- S., Tomassoni, F., Cervino, C., Nisoli, E., J., Dong, J., Datta, R., Culler, M., Craney, S., zusammensetzung und Thermogenese am Linthorst, A.C.E., Pasquali, R., Lutz, B., Stalla, Flora, D., Smiley, D., Heiman, M.L.: Physiology: Mausmodell G.K., Pagotto, U.: The endogenous cannabi- does gut hormone PYY3-36 decrease food Finanzierung: Roche Vitamins AG noid system affects energy balance via cen- intake in rodents? Nature 430, 165 (2004). Laufzeit: 01.06.2003–01.09.2003 tral orexigenic drive and peripheral lipogene- sis. J. Clin. Invest. 112, 423-431 (2003). Wiedmer, P., Boschmann, M., Klaus, S.: Body weight and energy expenditure: Gender dimorphism of body weight percep- functional food and nutrition technology Freyse, E.J., Giessmann, T., Petzke, K.J., Knospe, tion and regulation in mice. J. Exp. Biol. 207, (COST Action 918) S., Engel, G., Heinke, P., Metges, C.C., Sieg- 2859-2866 (2004). Finanzierung: EU mund, W.: Effects of fatty acids on hepatic Laufzeit: 16.07.1998–15.07.2003 amino acid catabolism and fibrinogen syn- Übersichtsarbeiten/Reviews thesis in young healthy volunteers. Am. J. Phy- Klaus, S., Keijer, J.: Gene expression profiling of siol.: Endocrinol. Metab. 285, E54-E62 (2003). adipose tissue: individual, depot-dependent, and sex-dependent variabilities. Nutrition 20, Metges, C.C., Lehmann, L., Boeuf, S., Petzke, 115-120 (2004). K.J., Müller, A., Rickert, R., Franke, W., Steinhart, H., Nürnberg, G., Klaus, S.: Cis-9,trans-11 and Klaus, S.: Adipose tissue as a regulator of trans-10,cis-12 CLA affect lipid metabolism energy balance. Curr. Drug Targets 5, 241-250 differently in primary white and brown (2004). adipocytes. Lipids 38, 1133-1142 (2003). Buchbeiträge/Book Articles Müller, M.J., Bosy-Westphal, A., Klaus, S., Boeuf, S., Klingenspor, M., van Hal, N., Kreymann, G., Lührmann, P.M., Neuhäuser- Schneider, T., Keijer, J., Klaus, S.: Identification Berthold, M., Noack, R., Pirke, K.M., Platte, P., of genes which are differentially expressed in Selberg, O., Steiniger, J.: World Health white and brown preadipocytes and analysis Organization equations have shortcomings of their expression pattern during adipocyte for predicting resting energy expenditure in differentiation. In: Medeiros-Neto, G., persons from a modern, affluent population: Halpern, A., Bouchard, C. (eds.) Progress in generation of a new reference standard from Obesity Research 9. John Libbey Eurotext LTD, a retrospective analysis of a German data- United Kingdom, 127-130 (2003). base of resting energy expenditure. Am. J. Clin. Nutr. 80, 1379-1390 (2004).

Ortmann, S., Kampe, J., Gossel, M., Bickel, M., Geisen, K., Jähne, G., Lang, H.J., Klaus, S.: The novel anti-obesic HMR1426 reduces food intake without affecting energy expenditure in rats. Obes. Res. 12, 1290-1297 (2004). Abteilung Klinische Ernährung 22 Leitung: Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer

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

Summary The metabolic syndrome Zusammenfassung Das Metabolische Bio- und Genmarker für das Metabolische describes the coincidence of obesity, Syndrom beschreibt das gemeinsame Vor- Syndrom hypertension, and disturbances of fat and kommen von Übergewicht, Bluthochdruck, Matthias Möhlig, Natalja Rudovich, Joachim Spranger, carbohydrate metabolism. Although the Fettstoffwechsel- und Zuckerstoffwechsel- Martin Osterhoff, Martin Weickert, Simone Kaiser, syndrome has a genetic basis, its occurrence störungen. Obwohl es eine genetische Susanne Richter predominates in populations with a Grundlage besitzt, tritt es in Ländern mit “western” lifestyle. It is triggered by a „westlichem“ Lebensstil gehäuft auf. Aus- Die Arbeitsgruppe untersucht Risikokon- positive energy balance, the result of gelöst wird das Metabolische Syndrom durch stellationen für die Entstehung des Meta- increased energy (caloric) intake associated eine positive Energiebilanz, die auf eine bolischen Syndroms. Die Untersuchungen with reduced energy expenditure. Its major erhöhte Kalorienaufnahme und einen gleich- erfolgen an freiwilligen Probanden, die an importance with respect to public health- zeitig reduzierten Energieverbrauch zurück- verschiedenen Studien teilnehmen. Die care lies in its being a fundamental risk zuführen ist. Die große gesundheitspolitische Studie „Metabolisches Syndrom Berlin- factor in the development of cardiovascular Bedeutung dieses Syndroms liegt darin, dass Potsdam“, abgekürzt MESY-BePo, hat seit diseases, certain types of cancer, and type 2 es einen wesentlichen Risikofaktor für die 2003 etwa 1.000 Teilnehmer eingeschlossen diabetes. In particular the increased Entstehung, von Herz-Kreislauf-Erkrankun- (Abb. ᭿1 ). Untersucht werden sowohl geneti- number and the severity of the cases gen, von bestimmten Krebsformen sowie von sche Faktoren als auch Hormone, Zytokine, appear to be utterly threatening. Typ-2-Diabetes darstellt. Bedrohlich erschei- andere Botenstoffe, Eiweißmoleküle, Blut- The department aims to elucidate the nen in diesem Zusammenhang sowohl die fette und Stoffwechselprodukte (Metaboli- mechanisms that play a role in the patho- steigende Anzahl als auch die Schwere der ten), die Intima-Media-Dicke der Halsschlag- genesis of these diseases. Focal points of Erkrankungsfälle. ader als Maß für das Atheroskleroserisiko, z.T. our research are identification of biomark- Die Abteilung hat sich zum Ziel gesetzt, der Grundumsatz sowie die Körpermaße und ers and genomic markers for the metabolic Mechanismen aufzuklären, die bei der der Zuckerstoffwechsel (oraler Glukose- syndrome, characterization of the effects Pathogenese dieser Erkrankungen eine Rolle toleranz-Test, oGTT) (Abb. ᭿2 ). Die Teilnehmer of metabolic products, e.g., redox-active spielen. Im Fokus unserer Studien stehen die erhalten dadurch selbst auch wertvolle compounds, and setting up of metabolomic Identifizierung von Bio- und Genmarkern für Informationen über ihren Gesundheits- profiles. These should allow new insights das Metabolische Syndrom, eine Charakteri- zustand. into disease development and, in the future, sierung der Effekte von Stoffwechselproduk- In vorausgegangenen Untersuchungen in der the early implementation of preventive ten, wie z.B. von redox-aktiven Substanzen, EPIC-Potsdam-Studie (s. Abteilung Epidemio- measures. sowie die Erstellung von Stoffwechsel- logie (EPI)) hatten sich die Zytokine Inter- profilen. Diese sollen neue Einblicke in die leukin-6 (IL-6) und IL-1ß als eigenständige Krankheitsentstehung gewähren und in Vorhersageparameter für das Auftreten eines Biomarkers and genomic markers for the Zukunft ein frühzeitiges Einleiten präventiver Diabetes mellitus erwiesen. Andere Entzün- metabolic syndrome Strategien ermöglichen. dungsparameter wie das Akut-Phase-Protein The major focus of our group concerns a better understanding of behavioral, environmental, nutritional, and genetic causes of the metabolic syndrome. To this end we carry out various studies with volunteers. One of those, Metabolic Syndrome Berlin- Potsdam (MESY-BePo), has nearly 1,000 participants since 2003 and aims to include 5,000 individuals (Fig. ᭿1 ). Participants are investigated with regard to genetic factors, hormones, cytokines, serum chemistry including a wide range of metabolites, insulin sensitivity, thickness of the intima media of the carotid artery as a marker of atherosclerosis risk, as well as detailed body composition (Fig. ᭿2 ). Participants receive detailed information on their current health status. In previous investigations performed in cooperation with DIfE’s Department of Epidemiology (EPI) in the EPIC-Potsdam Study (27,548 participants), the cytokines interleukin-6 (IL-6) and IL-1β were identified as predictive parameters for the risk of type 2 diabetes mellitus. Inflammatory markers such as C-reactive protein (CRP) or tumor necrosis factor α (TNFα) were secondary. We subsequently investigated

᭿1 Participant of the MESY-BePo Study (left). ᭿1 Teilnehmerin der MESY-BePo-Studie (links) im Probanden-Informationsgespräch. 23

᭿2 Preparation of the measurement of HbA1c values. The HbA1c test reveals average blood glucose over a period of 2–3 months.

whether genetic polymorphisms in the promoter of IL-6 affect the risk of diabetes. Indeed, a single nucleotide polymorphic variant at position -174 of the promoter modified the risk of type 2 diabetes in persons with an elevated body mass index (BMI). The polycystic ovary syndrome (PCOS), characterized by elevated androgen levels and menstrual abnormalities, is frequently associated with a pronounced insulin resistance. We therefore investigated in 70 women whether elevated cytokines and the -174 polymorphism in the IL-6 promoter play a role in the development of the syndrome. Although body weight was closely associated with IL-6-levels and with CRP in women with PCOS, the IL-6 polymorphism did not affect IL-6 levels. However, it was distinctly associated with elevated androgen levels. ᭿2 Vorbereitung zur Messung des HbA1c-Wertes in Blutproben. Anhand dieses Wertes kann der mittlere We further investigated in the MESY-BePo Blutzuckerwert für die letzten 2–3 Monate abgeschätzt werden. Cohort whether IL-6 levels correlate with intima-media thickness. This was indeed (C-reaktives Protein, CRP) und der Tumor- Genexpression regulieren. Gesättigte Fett- the case in patients with type 2 diabetes Nekrose-Faktor-α waren nachgeordnet. Diese säuren aktivierten den IL-6-Promotor deut- even after correction for age, sex, and BMI, Biomarker steigen mit dem Body Mass Index lich, während ungesättigte Fettsäuren keinen suggesting that IL-6 affects the hyper- (BMI) an und werden durch den Stoffwechsel Einfluss hatten. Dieser Zusammenhang passt glycemia-associated risk of atherosclerosis. in nicht genau bekannter Weise reguliert. gut zu den bekannten nachteiligen Effekten Since IL-6 levels were associated with obe- Die aktuelle Studie untersuchte, ob geneti- gesättigter Fette. sity, we investigated its regulation by free sche Einflüsse festzustellen sind. Im Steuer- Adiponectin ist ein Fettzellbotenstoff, der nur fatty acids. Indeed, saturated fatty acids bereich des IL-6-Genes (Promotor) in Position von weißem Fett produziert wird. Adipo- activated the IL-6 promoter, whereas unsat- -174 findet sich eine Genvariante, die nach nectinspiegel sind bei schlanken Menschen urated fatty acids did not exert this effect. unseren Daten erst bei Übergewicht wirksam hoch und sinken besonders bei abdominell This observation provides a further link of wird und zu einem erhöhten Diabetesrisiko betonter Adipositas. In Kooperation mit der saturated fatty acids to the risk of athero- führt. Frauen mit erhöhten Androgen- Abteilung Epidemiologie (EPI) beobachteten sclerosis. spiegeln im Blut und Zyklusstörungen wir, dass hohe Spiegel dieses Hormons vor Adiponectin is exclusively produced by (Polyzystisches Ovar Syndrom, PCOS) haben Typ-2-Diabetes schützen. In dem PCO- white adipocytes. We previously observed häufig eine ausgeprägte Insulinresistenz und Kollektiv (s.o.) korrelierten die Adiponectin- that high levels of adiponectin are protec- ein stark erhöhtes Diabetesrisiko. Deshalb spiegel mit der aufwändig gemessenen tive against type 2 diabetes. In patients untersuchten wir bei 70 Frauen, ob erhöhte Insulinsensitivität und konnten in einer with PCOS, adiponectin was closely corre- Zytokinspiegel und der beschriebene Gen- Regressionsanalyse etwa 19 % der Variation lated with insulin sensitivity, and explained polymorphismus hiermit zusammenhängen. der Insulinsensitivität erklären. Die Adipo- approximately 19 % of the variation in Dies war nicht der Fall, allerdings fand sich nectinspiegel waren nach unseren Unter- insulin sensitivity. Although adiponectin eine Assoziation des Polymorphismus mit suchungen in der EPIC-Potsdam-Kohorte has anti-inflammatory properties, its levels erhöhten Androgenspiegeln. unabhängig von den Entzündungsmarkern, are unrelated to the cytokines IL-6 or IL-1β, Erhöhte Entzündungsparameter steigern das obwohl Adiponectin antiinflammatorische indicating an independent regulation. In Risiko für Herzinfarkt und Schlaganfall. Eigenschaften hat. connection with the inheritance of Deshalb untersuchten wir in der MESY-BePo- Zur Erblichkeit der Adiponectinproduktion adiponectin production, we identified Studie, ob sich eine Korrelation der IL-6-Spie- identifizierten wir genetische Varianten, die genetic variants that correlate with ele- gel mit der Intima-Media-Dicke der Hals- zu einer höheren Adiponectinkonzentration vated adiponectin levels in blood. schlagader findet. Dies war bei Patienten mit im Blut führen. Obesity is closely correlated with the regu- Typ-2-Diabetes nachweisbar. Die Korrelation Adipositas (krankhaftes Übergewicht) hängt lation of appetite, which is again affected bei den Diabetikern blieb auch erhalten, eng mit der Regulation des Appetits zusam- by the composition of food. Ghrelin is a wenn für Alter, Geschlecht und BMI men, auf den die Nahrungskomposition hormone produced primarily in the stom- adjustiert wurde, was darauf hinweist, Einfluss nimmt. Ghrelin ist ein Hormon, das ach and stimulates both growth hormone dass IL-6 erst bei Hyperglykämie einen überwiegend im Magen produziert wird und and appetite. It increases under fasting and Effekt auf die Atherosklerose hat. sowohl das Wachstumshormon als auch decreases upon food intake. We observed a In Reportergenstudien mit Zellkulturen den Appetit stimuliert. Im Nüchternzustand decrease in ghrelin during hyperinsulin- untersuchten wir, ob Fettsäuren die IL-6- steigt es an und fällt nach dem Essen ab. aemic euglycaemic clamps in humans. 24

Ghrelin was also inhibited by food intake in Insulin verursachte einen Ghrelinabfall wäh- weniger Stunden durchgeführt werden. In type 1 diabetic patients in the absence of rend hyperinsulinämischer, euglykämischer Zusammenarbeit mit dem benachbarten changes in insulin levels. However, there Clamp-Tests bei Menschen. Zur Frage einer Fraunhofer-Institut für Biomedizinische was no decrease of ghrelin in hyper- Insulin-unabhängigen Komponente wurde Technik (F. Bier) entwickeln wir parallel einen glycemic hyperinsulinemic clamps, indicat- die Mahlzeit-abhängige Ghrelinhemmung low density SNP-Chip, mit dem wir Hunderte ing a modification of the insulin effects by bei Typ-1-Diabetes untersucht, wobei eben- von SNPs in einem Schritt analysieren kön- glucose. This might be important in the falls ein Abfall des Ghrelins zu beobachten nen. Anhand des Polymorphismen-Musters regulation of appetite in diabetic patients. war. Wurden jedoch hyperglykämische hyper- eines Menschen kann in Zukunft voraussicht- Moreover GIP (gastric inhibitory polypep- insulinämische Clamp-Tests bei Gesunden lich ein Gesundheitsrisiko frühzeitig erkannt tide) and arginin did not affect ghrelin durchgeführt, erfolgte kein Abfall der werden. Das Wissen um ein solches Risiko secretion during these clamps. We currently Ghrelinkonzentration im Blut trotz hoher könnte man nutzen, um individuelle are performing investigations on the role of Insulinspiegel. Dies könnte bei der Appetit- Präventionsstrategien zu entwickeln. various nutrients on ghrelin secretion in regulation von Diabetespatienten eine Rolle order to unravel the amazingly complex spielen. Wir beobachteten zudem, dass das Mechanismen der Krankheitsentstehung pattern of the regulation of ghrelin. Inkretinhormon GIP oder die Aminosäure durch Alterationen der Redox – Balance At present, we are searching for single Arginin die Ghrelinsekretion nicht regulieren. Michael Ristow, Doreen Pomplun, Tim Schulz nucleotide polymorphisms (SNP) that are Weitere Untersuchungen zum Einfluss ver- associated with the metabolic syndrome, schiedener Nahrungskomponenten auf die Zelluläre Systeme weisen eine präzise as part of the Nutrigenomics project of Ghrelinsekretion zeigen ein erstaunlich kom- Regulierung von oxidierten und reduzierten BioProfiles in Brandenburg. Polymorphisms plexes Muster, das auf weitere Ghrelin- Äquivalenten auf, die der intrazellulären in candidate genes (e.g., PPARGC1, SOD2, funktionen hinweist. Signaltransduktion sowie der Detoxifizierung and PRKCB1) are being investigated in the Im Rahmen des Bioprofile Nutrigenomfor- von metabolischen Nebenprodukten (freien EPIC Study and the MESY-BePo Study using schungsprojektes wird nach Single Nucleotide Radikalen oder reactive oxygen species, ROS) a high-throughput polymerase chain reac- Polymorphisms (SNP) in Genen gesucht, die dienen. ROS sind bei der Entstehung von tion (PCR)-based analysis allowing over 400 bei der Ausbildung des Metabolischen zahlreichen Krebsformen, Diabetes mellitus, tests in a few hours. We are also attempt- Syndroms mitwirken. Ob ausgewählte Arteriosklerose, Bluthochdruck und Neuro- ing to develop a low-density SNP-Chip in Polymorphismen (z.B. bei Genen wie degeneration beteiligt. cooperation with the Fraunhofer Institute PPARGC1, SOD2, PRKCB1 etc.) mit Diabetes Die Arbeitsgruppe Redox beschäftigt sich mit for Biomedical Technology (F. Bier). Further oder Adipositas korrelieren, wurde in der der Entwicklung von Mausmodellen, die das knowledge in this field would allow an EPIC-Studie und der MESY-BePo-Studie getes- Studium und insbesondere die Prävention early recognition of health risks and proba- tet. der o.g. Krankheiten ermöglichen soll. Im bly help to develop individual preventive Zur Detektion der SNPs wurde ein Analyse- Einzelnen wurden Gene der Maus, denen strategies based on behavioral and nutri- verfahren etabliert, das auf einem Poly- eine Funktion in der Regulation des Redox- tional approaches. merase-Kettenreaktion (PCR)-Hochdurch- Systems zugeschrieben wurde (Vitamin E – satzverfahren basiert. Mit diesem können Transporter Protein TTP, Friedreich Ataxie knapp 400 SNP-Untersuchungen innerhalb Protein Frataxin), zum Teil auch gewebsspezi- Redox balance and disease risk Cellular systems employ redox-based signaling mechanisms to monitor the energy state of cells and also to carefully regulate the levels of free radicals or reactive oxygen 1E+1 species (ROS) to avoid toxicity. ROS are very likely involved in diseases such as diabetes mellitus, atherosclerosis, hypertension, several types of cancer, and in neurodegen- erative disease. We therefore use the 1 • 10 ng total RNA mouse model to gain a more detailed • 5 ng understanding, especially as to prevention • 2,5 ng Rn • 1,25 ng of these diseases. For example, the ⌬ α • 0.625 ng vitamin-E-transport protein, TTP, and the 1E- 1 Friedreich ataxia protein, frataxin, were deleted either in the whole mouse or in specific tissues (conditional knock-out) and studied. A disruption of the frataxin gene exclusively in pancreatic beta cells causes 1E-2 oxidative stress and leads to a progressive loss of beta cells, which resembles patho-

0 5 10 15 2 0 25 30 35 40 ᭿3 RT-PCR (reverse transcription-polymerase Cycle chain reaction) of ECHS1 (mitochondrial enoyl coenzyme A hydratase) of different total RNA- ᭿3 RT-PCR (Reverse Transkription-Polymerase-Kettenreaktion) von ECHS1 (mitochondriale Enoyl- concentrations from human adipose tissue. ⌬Rn Coenzyme A-Hydratase); es wurden unterschiedliche Gesamt-RNA-Konzentrationen aus humanem (fluorescence intensity above the background) Fettgewebe verwendet. ⌬Rn (gemessene Fluoreszenzintensität nach Abzug des Hintergrundes) 25

fisch inaktiviert, und dienen so der Evaluie- ᭿4 Principal component analysis of plasma rung der Pathogenese und präventiven metabolite patterns of humans with type 2 dia- Therapie einer Redox-Imbalance im physiolo- betes (blue balls) and controls (green balls). The separation is based on 32 metabolites identified gischen Modell. So erzeugt beispielsweise die in a discriminant analysis. The study was per- Unterbrechung des Frataxin-Gens aus- formed in cooperation with Metanomics and the schließlich in pankreatischen Betazellen der Max-Planck Institute of Molecular Plant Maus einen stetig progredienten Diabetes Physiology (L. Willmitzer). mellitus durch Verlust der Inselzellen, der einen pathogenetisch dem Typ-2-Diabetes genetically the phenotype similar to type 2 des Menschen ähnlichen Phänotyp darstellt. diabetes in men. Disruption of the same Parallel zu diesen Forschungen am Tier- gene in liver tissue induces the formation modell werden in der klinischen Ambulanz of tumors which is related to massively unserer Abteilung am DIfE sowie auf der increased oxidative stress due to the inacti- Stoffwechselstation „Siegfried Tannhauser“ vation of mitochondrial enzymes contain- am Universitätsklinikum, Campus Benjamin ing iron-sulfur clusters. Concomitant with Franklin in Berlin-Steglitz, Untersuchungen research in animal models, further investi- zur Entstehung von oxidativem Stress im ᭿4 Prinzipielle Komponenten-Analyse von Meta- gations in humans are being performed at Menschen durchgeführt. Hierbei werden bolitenmustern in Patienten mit Typ-2-Diabetes the outpatients’ department at DIfE and freie Radikale durch kurze Anstiege des (blaue Kugeln) und Kontrollen (grüne Kugeln). the Siegfried Tannhauser metabolic ward of Blutzuckers sowie freie Fettsäuren durch Die Unterscheidung basiert im Wesentlichen auf the University Clinic/Benjamin Franklin 32 Metaboliten, die in einer Diskriminanzanalyse Aktivierung des metabolischen Umsatzes identifiziert wurden. Die Studie wurde in Ko- Campus in Berlin in order to understand gebildet, welche letztlich eine Dekompensa- operation mit Metanomics und dem Max-Planck- the association between elevated blood tion des Stoffwechselsystems im Menschen Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie sugar and free fatty acids and the genera- verursachen. (L. Willmitzer) durchgeführt. tion of radicals and their impact on metabolic disturbances. fikation eines spezifischen Metaboliten- Metabolomik – Studien musters bei Diabetespatienten (Abb. ᭿4 ). Aus Metabolomics in human blood Joachim Spranger, Uta Wegewitz, Thomas Bobbert, diesen Erkenntnissen erwarten wir nicht nur Isabel Göhring neue Einblicke in die Krankheitsentstehung, Metabolism involves the enzymatic and Im Stoffwechsel werden viele kleine Meta- sondern auch die Möglichkeit, bereits früh- hormonal regulation of thousands of bolite wie Kohlenhydrate, Fettsäuren, zeitig ungünstige Stoffwechselprofile erken- metabolites, which are now accessible to Steroide, Aminosäuren, Nukleotide u.a. durch nen und daraus Präventionsstrategien ablei- investigation by means of high-resolution Enzyme gebildet. Sie konnten bisher nur ver- ten zu können. metabolomic techniques based on mass einzelt nachgewiesen werden. Mit der Meta- spectrometry. In a cooperative project bolomik wurden massenspektrometrische together with the Max-Planck Institute Techniken entwickelt, die eine umfangreiche for Molecular Genetics of Plants in Analytik von Hunderten solcher Metabolite Technische Mitarbeiterinnen Golm/Potsdam and Metanomics in Berlin, im Hochdurchsatzverfahren erlauben. In Melanie Hannemann we are adapting these techniques, initially einem Kooperationsprojekt mit dem Max- Sandra Grosch optimized for use in plant analytics, to Planck-Institut für Molekulare Pflanzen- Susann Richter human tissues and plasma. After the tech- genetik in Golm/Potsdam und der Firma Farideh Salami-Shojaie niques had been adapted, it was possible to Metanomics/Berlin passen wir diese aus der Kristin Simon identify a specific metabolite pattern in Pflanzenanalytik stammenden Techniken auf Katrin Sprengel diabetes patients (Fig. ᭿4 ). These studies menschliche Gewebe und Blutplasma an. In Andrea Strempel require an extensive metabolic-network ersten Untersuchungen gelang die Identi- Andrea Ziegenhorn analysis and aim to identify metabolic patterns associated with health and with specific diseases. A more detailed knowledge should allow the early identification of unfavorable metabolic profiles in order to develop preventive strategies. 26

Drittmittelprojekte Ausgewählte Publikationen External Funding Selected Publications

Gewebsspezifische Inaktivierung von Originalarbeiten/ Original Papers Pomplun, D., Möhlig, M., Spranger, J., Pfeiffer, Frataxin, einem mitochondrialen Regulator Engeli, S., Feldpausch, M., Gorzelniak, K., A.F.H., Ristow, M.: Elevation of blood glucose des oxidativen Energiestoffwechsels Hartwig, F., Heintze, U., Janke, J., Möhlig, M., following anaesthetic treatment in C57BL/6 Finanzierung: DFG Pfeiffer, A.F., Luft, F.C., Sharma, A.M.: mice. Horm. Metab. Res. 36, 67-69 (2004). Laufzeit: 01.04.2001–30.06.2005 Association between adiponectin and mediators of inflammation in obese women. Ristow, M., Mulder, H., Pomplun, D., Schulz, BioProfil Nutrigenomik: Metabolomics in Diabetes 52, 942-947 (2003). T.J., Müller-Schmehl, K., Krause, A., Fex, M., mammalischen Systemen Puccio, H., Müller, J., Isken, F., Spranger, J., Finanzierung: BMBF Fahrmann, M., Kaufhold, M., Pfeiffer, A.F., Müller-Wieland, D., Magnuson, M.A., Möhlig, Laufzeit: 01.08.2003–31.07.2006 Seidler, U.: Protein kinase C-alpha attenuates M., Koenig, M., Pfeiffer, A.F.H.: Frataxin defi- BioProfil Nutrigenomik: Metabolic and cholinergically stimulated gastric acid secre- ciency in pancreatic islets causes diabetes Genetic Profiles (MGP) Teilprojekt: Aufbau tion of rabbit parietal cells. Brit. J. Pharmacol. due to loss of beta-cell mass. J. Clin. Invest. und Charakterisierung einer Kohorte 139, 545-554 (2003). 112, 527-534 (2003). (gemeinsam mit IVS) Finanzierung: BMBF Grossmann, C., Scholz, T., Rochel, M., Bumke- Rudovich, N.N., Leyck Dieken, M.G., Rochlitz, Laufzeit: 01.09.2003–31.08.2006 Vogt, C., Oelkers, W., Pfeiffer, A.F., Diederich, S., H., Pfeiffer, A.F.: Enhancement of early- and Bähr, V.: Transactivation via the human gluco- late-phase insulin secretion and insulin sensi- Prävention der Tumorinduktion durch das corticoid and mineralocorticoid receptor by tivity by the combination of repaglinide and Friedreich Ataxie-Protein Frataxin therapeutically used steroids in CV-1 cells: metformin in type 2 diabetes mellitus. Exp. Finanzierung: Wilhelm-Sander-Stiftung a comparison of their glucocorticoid and Clin. Endocrinol. Diabetes 112, 395-400 Laufzeit: 01.01.2003–28.01.2005 mineralocorticoid properties, Eur. J. (2004). Dominant-negative Inaktivierung eines Endocrinol. 151, 397-406 (2004). Regulators des nicht-oxidativen Rudovich, N.N., Rochlitz, H.J., Pfeiffer, A.F.: Glukosestoffwechsels im transgenen Kopp, R., Rothbauer, E., Mueller, E., Schildberg, Reduced hepatic insulin extraction in Tiermodell F.W., Jauch, K.W., Pfeiffer, A.: Reduced survival response to gastric inhibitory polypeptide Finanzierung: Fritz-Thyssen-Stiftung of rectal cancer patients with increased (GIP) compensates for reduced insulin secre- Laufzeit: 01.01.2002–01.05.2004 tumor epidermal growth factor receptor tion in normal weight and normal glucose levels. Dis. Colon Rectum 46, 1391-1399 tolerant first degree relatives of type 2 diabe- Role of local cortisone-cortisol shuttle in (2003). tes mellitus patients, Diabetes 53, 2359-2365 lipid-induced insulin resistance and in (2004). PPAR-gamma mediated insulin sensitivity Möhlig, M., Boeing, H., Spranger, J., Osterhoff, in vivo in humans M., Kroke, A., Fisher, E., Bergmann, M.M., Spranger, J., Kroke, A., Möhlig, M., Bergmann, Finanzierung: Eli Lilly International Ristow, M., Hoffmann, K., Pfeiffer, A.F.H.: Body M.M., Ristow, M., Boeing, H., Pfeiffer, A.F.H.: Foundation mass index and C-174G interleukin-6 promo- Adiponectin and protection against type 2 Laufzeit: 01.07.2004–30.06.2006 ter polymorphism interact in predicting type diabetes mellitus. Lancet 361, 226-228 Investigation of PKC-dependent regulation 2 diabetes. J. Clin. Endocrinol. Metab. 89, (2003) (Erratum: Lancet 361, 1060). of Pigment-Epithelium-Derived Factor 1885-1890 (2004). (PEDF) Spranger, J., Kroke, A., Möhlig, M., Hoffmann, Finanzierung: Eli Lilly Foundation Möhlig, M., Spranger, J., Osterhoff, M., Ristow, K., Bergmann, M.M., Ristow, M., Boeing, H., Laufzeit: 01.06.2001–30.06.2003 M., Pfeiffer, A.F., Schill, T., Schlosser, H.W., Pfeiffer, A.F.H.: Inflammatory cytokines and Brabant, G., Schofl, C.: The polycystic ovary the risk to develop type 2 diabetes: results of Mechanismen der Acarbose-Wirkung auf syndrome per se is not associated with the prospective population-based European den Stoffwechsel und das kardiovaskuläre increased chronic inflammation. Eur. J. Prospective Investigation into Cancer and Risiko Endocrinol. 150, 525-532 (2004). Nutrition (EPIC)-Potsdam study. Diabetes 52, Finanzierung: Bayer Vital GmbH 812-817 (2003). Laufzeit: 01.01.2004–31.07.2005 Norris, A.W., Chen, L., Fisher, S.J., Szanto, I., Untersuchung der Wirkung von Hafer- und Ristow, M., Jozsi, A.C., Hirshman, M.F., Rosen, Spranger, J., Ristow, M., Otto, B., Heldwein, W., Apfelfasern auf glykämische und insulin- E.D., Goodyear, L.J., Gonzalez, F.J., Spiegelman, Tschöp, M., Pfeiffer, A.F.H., Möhlig, M.: Post- ämische Indizes sowie auf Fermentations- B.M., Kahn, C.R.: Muscle-specific prandial decrease of human plasma ghrelin prozesse im Dickdarm PPARgamma-deficient mice develop in- in the absence of insulin. J. Endocrinol. Invest. Finanzierung: Rettenmaier und Söhne GmbH creased adiposity and insulin resistance but 26, RC19-RC22 (2003). Laufzeit: 01.03.2004–30.09.2004 respond to thiazolidinediones. J. Clin. Invest. 112, 608-618 (2003). Regulieren Fettsäuren den IL-6 Spiegel abhängig von einem Polymorphismus im Osterhoff, M., Möhlig, M., Schwanstecher, M., IL-6 Promotor? Seufert, J., Ortmann, J., Schatz, H., Pfeiffer, Finanzierung: DDG A.F.: Ca(2+)/calmodulin-dependent protein Laufzeit: 01.04.2003–31.12.2005 kinase II delta(2) regulates gene expression of insulin in INS-1 rat insulinoma cells. Cell Calcium 33, 175-184 (2003). Abteilung Interventionsstudien Leitung: Prof. Dr. Hans-Joachim Zunft 27

Department of Intervention Studies Head: Prof. Dr. Hans-Joachim Zunft

Zusammenfassung Um den Einfluss der Er- Effekt von Arabinoxylan auf den post- Summary To get a better insight into the nährung auf die Gesundheit zu untersuchen, prandialen Kohlenhydratstoffwechsel relation between diet and health, human sind Studien am Menschen unumgänglich. In Jochen Steiniger, Christiana Hanisch, intervention studies are mandatory. For experimentellen Studien, sog. Interventions- Corinna Koebnick these studies, volunteers – healthy subjects studien, werden ausgewählte Personen ge- or patients in a pre-clinical state – are asked beten, über einen gewissen Zeitraum vorge- Hohe Blutzuckerwerte nach Mahlzeiten gel- to consume specified diets and to comply gebene Kostformen zu verzehren und deren ten als eine mögliche Ursache von Typ-2- with measurement of functional, physio- Effekt auf funktionelle, physiologische, bio- Diabetes, Atherosklerose und Herz-Kreislauf- logical, and biochemical parameters. The chemische Zielgrößen bestimmen zu lassen. Erkrankungen. Bestimmte lösliche Ballast- scientific interest of the department Ziel der Abteilung ist es, den Einfluss be- stoffe vermögen solche Blutzuckerspitzen zu focuses on the effect of food components stimmter Nahrungsbestandteile auf das Ent- dämpfen. In Kooperation mit der Abteilung on the genesis and prevention of the meta- stehen ernährungsassoziierter Krankheiten, Klinische Ernährung (KLE) des DIfE und dem bolic syndrome, especially obesity, type 2 wie das Metabolische Syndrom, charakteri- Institut für Lebensmitteltechnologie der TU diabetes, and hyperlipidemia. Thus, the siert durch Adipositas (extremes Überge- Berlin (F. Meuser) untersuchen wir die Wir- effect of soluble (arabinoxylan from wheat) wicht), Insulinresistenz und Fettstoffwechsel- kung von Arabinoxylan, einem wasserlös- and insoluble (from locust bean) dietary störungen, sowie Herz-Kreislauf-Erkrankun- lichen Ballaststoff, der bei der Herstellung fiber on the lipid and carbohydrate metabo- gen zu untersuchen. So wurde die kurzfris- von Weizenstärke isoliert wird. Ziel ist zu lism has been investigated. Further studies tige Wirkung von löslichen (Arabinoxylan aus prüfen, ob sich Arabinoxylan in funktionellen elucidated the importance of plant pheno- Weizen) und unlöslichen (aus Johannisbrot) Lebensmitteln (functional food) zur Senkung lics for lowering the risk of cardiovascular Ballaststoffen auf die Regulation des Lipid- des Diabetes- und Atheroskleroserisikos eignet. diseases. Moreover, we further optimized und Kohlenhydratstoffwechsels geprüft. An 15 stoffwechselgesunden Probanden wur- our methodology by improving the assess- Weitere Studien widmeten sich der Frage, den isoenergetische Frühstücksmahlzeiten ment of body-fat content, energy and nutri- welche Bedeutung phenolische Pflanzen- ohne und mit Zusatz von 6 g Arabinoxylan ent consumption, and physical activity. inhaltsstoffe für die Senkung des kardiovas- verabreicht. Im Vergleich zu den Kontroll- kulären Risikos besitzen. Begleitend zu diesen personen wiesen Probanden, die das Arabino- Effects of arabinoxylan on the postprandial Vorhaben optimierte die Abteilung mehrere xylan-Frühstück verzehrt hatten, nach 1 h glucose metabolism Messmethoden wie die Bestimmung des einen signifikant niedrigeren Insulinspiegel Körperfettgehalts, der Energie- und Nähr- (p < 0,05) und eine tendenziell verminderte High postprandial blood glucose concentra- stoffaufnahme sowie der körperlichen Glucosekonzentration im Blut auf (Abb. ᭿2 ). tions are considered to be a causative factor Aktivität. Der postprandiale Spiegel des hungeraus- of type 2 diabetes, atherosclerosis, and car- lösenden Hormons Ghrelin fiel nach dem diovascular diseases. Soluble dietary fiber is Kontrollfrühstück stärker ab als nach der known to attenuate blood-sugar peaks. In Arabinoxylan-Mahlzeit (p < 0,006). Der cooperation with the Department of Ballaststoff scheint sich also auf die Hunger- Clinical Nutrition (KLE) of DIfE and the Sättigungs-Regulation auszuwirken. Institute of Food Technology of the Der langfristigen Wirkung von Arabinoxylan Technical University of Berlin (F. Meuser), gehen wir in einer 18-wöchigen Interven- we are investigating the metabolic effect of tionsstudie (doppelblind, placebokontrolliert, arabinoxylan, a soluble fiber isolated from cross-over) an Patienten mit beginnender wheat-starch process water. The study’s Störung der Glucoseverwertung nach. objective is to find out whether arabinoxy- Nüchtern bzw. nach einer standardisierten lan may be integrated into functional foods to lower the risk of diabetes and atherosclerosis. In a first study, 15 healthy subjects consumed isoenergetic breakfast meals with or without 6 g of arabinoxylan. After consumption of the arabinoxylan meal, the rise in the postprandial serum-glucose level was slightly lower than after consumption of the control meal (Fig. ᭿2 ). Furthermore, the 1 h postprandial insulin level was significantly lower (p < 0.05). After the control diet, the decline in the level of the orexigenic hormone ghrelin was higher than after the arabinoxylan meal (p < 0.006). Obviously, this type of dietary fiber has an effect on the hunger and satiety regulation. To investigate the long-term effects of arabinoxylan consumption, patients with impaired glucose tolerance participate in a double-blind, placebo-controlled, cross-over

᭿1 Blutentnahme und Probenaufbereitung. ᭿1 Blood sampling and processing. 28

᭿2 Postprandial changes in serum levels of dass der Verzehr von isolierten Isoflavonen 160 glucose, insulin, and ghrelin (mean ± standard control als Nahrungssupplement eine ähnliche AX-fiber error (SE); n = 15); * p < 0.05 Wirkung erbringt wie der Verzehr von Soja- 140 produkten selbst. Die beobachteten Gen- intervention study for 18 weeks. Nährstoff-Interaktionen sprechen jedoch 120

Biomarkers such as cytokines (IL-6, IL-8), (%) plasma glucose dafür, dass Personen mit einem bestimmten TNF-alpha, inflammation markers (CRP), ⌬ Genotyp mehr von der Isoflavoneinnahme endothelial markers (ICAM-1, VCAM-1), gas- 100 profitieren als andere. trointestinal (acylated and desacyl ghrelin, An der multizentrischen, randomisierten, GIP) and adipose tissue hormones (leptin, 0 20406080100120 doppelblinden Cross-over-Studie EUROLIVE adiponectin, resistin) as well as the physio- 800 nahmen in sechs Zentren Nord-, Mittel- und logical response to a standardized liquid Südeuropas 183 männliche Probanden (DIfE: meal are measured. 600 n = 38) teil. In jeweils dreiwöchigen Applika- tionsperioden, getrennt durch zweiwöchige 400 Wash-out-Phasen, ersetzten sie einen Teil Physiological effects of plant phenolics plasma insulin (%) ihres üblichen Nahrungsfetts durch täglich ⌬ High consumption of soy products is asso- 200 25 ml natives, gemischtes oder raffiniertes ciated with a lower risk of cardiovascular Olivenöl. Den höchsten Gehalt an phenoli- 0 disease in Asian countries. Phytoestrogens 0 20406080100120 schen Verbindungen wies das native Olivenöl such as isoflavones are considered to be auf. In den zu Beginn und am Ende jeder responsible for the effect. In the European 110 Applikationsperiode gezogenen Blut- und multi-center study ISOHEART, we are inves- 24-Stunden-Urin-Proben wurden Marker der tigating the effect of isoflavones on 100 Polyphenolaufnahme, der Lipidperoxidation endothelial function and inflammatory und DNA-Oxidation sowie die Konzentration markers in postmenopausal women. 90 endogener und exogener Antioxidantien plasma ghrelin (%) plasma ghrelin

Preliminary results reveal that isolated ⌬ bestimmt. Bei den Probanden des DIfE stieg isoflavones consumed as a food supple- 80 nach Verzehr von nativem Olivenöl das HDL- ment fail to show the soy effect. From an Cholesterin an (p = 0,017), und es verminder- observed gene-nutrient interaction, we 0 20406080100120 ten sich das Gesamt- und LDL-Cholesterin assume that subjects with a certain geno- time after meal ingestion (min) (p = 0,022 und p = 0,006) sowie die Bildung type benefit more from isoflavone con- von oxidiertem LDL (p = 0,002). Unter ge- ᭿2 Postprandiale Serumspiegel von Glucose, sumption than the general population. Insulin und Ghrelin als Differenz (⌬) zum mischtem und raffiniertem Olivenöl traten The randomized double-blind multi-center Nüchternwert (Mittelwerte ± Standardfehler (SE); diese Veränderungen nicht ein. Offenbar wird cross-over study EUROLIVE aimed to inves- n = 15); * p < 0,05. also der kardioprotektive Effekt von Olivenöl tigate the health effects of olive-oil wesentlich durch den Polyphenolgehalt mit- polyphenols. In 6 centers across northern, bestimmt. middle, and southern Europe, 183 male flüssigen Testmahlzeit werden im Serum Bio- subjects participated in the study (DIfE: marker u.a. des kardiovaskulären Risikos ge- n = 38). During three-week application peri- messen, wie Zytokine (IL-6, IL-8), TNF-alpha, Bestimmung der Körperzusammensetzung ods, each separated by a wash-out period Inflammationsmarker (CRP), Endothelmarker Karen Wagner, Ulrike Trippo, Ada García, Corinna Koebnick of 2 weeks, they replaced a part of their (ICAM-1, VCAM-1), gastrointestinale (acylier- habitual dietary fat with 25 ml per day of tes und nicht-acyliertes Ghrelin, GIP) und Übergewicht und Adipositas sind durch eine virgin or refined olive oil or a mixture Fettgewebshormone (Leptin, Adiponectin, Akkumulation von Fettgewebe über das nor- thereof. Samples of blood and 24-hour Resistin). male Maß hinaus charakterisiert. Prävention, urine were collected at the beginning and Diagnose und Therapie der Adipositas erfor- end of each intervention period and mark- dern deshalb die Bestimmung der Körper- ers of phenolics consumption, lipid peroxi- Physiologische Effekte phenolischer zusammensetzung. Die Vielzahl dazu existie- dation, DNA oxidation, as well as endoge- Pflanzeninhaltsstoffe render Methoden kann man nach Labor- und nous and exogenous antioxidants were Anja Machowetz, Manja Reimann, Sindy Gründel, Feldmethoden unterscheiden. Die Labor- Corinna Koebnick determined. methoden bestechen durch hohe Genauig- After consumption of virgin olive oil con- Der in asiatischen Ländern übliche Verzehr keit, sind aber teuer und standortgebunden. taining the highest concentration of von Sojaprodukten ist positiv mit einem ver- Die Feldmethoden, transportabel und ein- polyphenols, the DIfE subjects had elevated besserten Profil der Blutlipide und geringe- fach anzuwenden, sind weniger genau. Das HDL-cholesterol (p = 0.017) levels, reduced rem Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen EU-Projekt BODYLIFE verfolgte das Ziel, die concentrations of total and LDL-cholesterol assoziiert. Hierfür werden die in Soja enthal- Vorzüge dieser Methoden in einer Weiter- (p = 0.022 and p = 0.006), and reduced for- tenen Phytoöstrogene, sog. Isoflavone, ver- entwicklung des TOBEC-Verfahrens (Ganz- mation of oxidized LDL (p = 0.002). These antwortlich gemacht. In der multizentrischen körper-Leitfähigkeitsmessung) zu vereinen. changes could not be observed after con- europäischen Studie ISOHEART prüfen wir an Die Abteilung begleitete die Geräteentwick- sumption of mixed or refined olive oil. Thus, Frauen nach der Menopause, ob Isoflavone lung durch eine Validierungsstudie. polyphenols apparently contribute to the eine positive Wirkung auf die Endothelfunk- Als Referenztechnik diente das DXA-Verfah- cardioprotective effect of olive oil. tion, den peripheren Gefäßwiderstand und ren (Dual X-Ray Absorptiometry). Parallel inflammatorische Parameter haben. Bis- wurden auch andere gängige anthropometri- herige Ergebnisse lassen nicht vermuten, sche Methoden eingesetzt. Dies führte zu 29

᭿ method number of r (against Entwicklung epidemiologischer 3 Correlation between total body fat (TBF) measured by the new technique nTOBEC (new subjects nTOBEC) Erhebungsinstrumente Corinna Koebnick, Karen Wagner, Ulrike Trippo, total body electrical conductivity) and DXA (dual nTOBEC 79 Ada García energy X ray absorptiometry), HD (hydrodensito- DXA 79 0.832 * metry), ADP (air displacement plethysmography), ID (isotope dilution), BIA (bioelectrical impedance HD 69 0.752 * Ernährungsepidemiologische Studien sind analysis), SF (skinfold thickness measurement). ADP 79 0.965 ** auf Instrumente angewiesen, mit denen ID 77 0.652 * Probanden ihren Lebensmittelverzehr sowie Determination of body composition BIA 79 0.968 ** ihre körperliche Aktivität möglichst genau SF 79 0.976 ** und dennoch ohne wesentliche Behinderung Overweight and obesity are characterized * p < 0.01 des Lebensstils erfassen können. Die vorhan- by an excessive accumulation of adipose ** p < 0.001 denen Erhebungsmethoden müssen stets tissue. The determination of body composi- Abstriche an einem der beiden Kriterien tion, i.e., body-fat content, is relevant to ᭿3 Korrelation zwischen Gesamtkörperfett (TBF), machen. Deshalb entwickelten Mitarbeiter obesity prevention, diagnosis, and therapy. gemessen mit der neuen Technik nTOBEC und DXA der Abteilung sowohl ein Ernährungs- als The existing methods to determine body (Dual Energy X Ray Absorptiometry), HD (Hydro- auch ein Aktivitätsprotokoll, das sie mit Hilfe composition can be differentiated as labo- densitometrie), ADP (Air Displacement Plethysmo- von doppelt stabil-markiertem Wasser ratory methods with high accuracy, high graphy), ID (Isotopenverdünnung), BIA (Bioelektri- (2H 18O) validierten. Das semi-quantitative costs, and immobility or as field methods sche Impedanz-Analyse) sowie SF (Hautfalten- 2 dicke) Ernährungsprotokoll besteht aus einer with low accuracy, lower costs, and higher geschlossenen Lebensmittelliste mit vor- mobility. gegebenen Portionsgrößen (Abb. ᭿5 ). Im The European-funded project BODYLIFE einer Regressionsgleichung, über die sich aus was intended to combine the advantages der neuen Technik (nTOBEC) und wenigen of the two methodological approaches and anderen, einfach zu messenden Größen wie According to Garcia et al., 2004 to further develop the TOBEC (total body 20 Körperhöhe, Körpermasse und Hautfalten- r = 0.066 electrical conductivity) technique. Along dicken das Gesamtkörperfett geschlechtsspe- 10 with contributing to the development of Mean zifisch bestimmen lässt. Trotz einer Über- (DXA - New) 0 the device, we also validated the procedure. schätzung der Körperfettmenge ist die Über- For the validation we used a DXA device einstimmung mit den Werten aus der Re- -10 (Dual X-Ray Absorptiometry) as a reference

ferenztechnik DXA akzeptabel (Tab. ᭿3 ). Die in B F-20 (% ) method. Moreover, several anthropometric Reproduzierbarkeit ist hoch (Variationskoeffi- ⌬ methods were used to compare their zient 1,97 %). Gegenüber der herkömmlichen 0 102030405060 results with those from the new device. TOBEC-Methode überzeugt die neue Technik Mean BF (%) (DXA + New) / 2 Finally, we derived a regression equation to durch leichte Anwendbarkeit und calculate sex-specifically total body fat Transportabilität. Mängel in der Genauigkeit using data from the new technique According to Peterson et al., 2003 schwächen diesen Vorzug allerdings ab. 20 (nTOBEC) and a few other easily accessible r = 0.568 Das umfangreiche Messprogramm der 10 values, i.e.,height, weight, and skinfold Validierungsstudie erlaubte, auch andere thickness. The data obtained showed high Mean Methoden zur Körperfettbestimmung, insbe- 0 reliability (coefficient of variation 1.97 %) (DXA - Peterson) sondere die weltweit in epidemiologischen -10 and correlated relatively well with the val- Studien häufig eingesetzte Hautfalten- ues from the reference method (Tab. ᭿3 ). messung, auf ihre Qualität zu prüfen. -20 The special advantage of nTOBEC is its in B F (% )

Wir konnten zeigen, dass sich durch ⌬ mobility and easy handling. The accuracy, 0 102030405060 Einbeziehung weniger zusätzlicher however, is limited, as nTOBEC overesti- Mean BF (%) Körpermaße (Hüft- bzw. Taillenumfang, (DXA + Peterson) / 2 mates the body-fat mass. Knochenbreite am Knie) die Schätzung des Based on the comprehensive data Körperfettanteils erheblich verbessern lässt. According to Durnin & Womersley, 1974 collected in the validation study, we also 20 Die neuen Regressionsgleichungen nutzen investigated the validity of other anthro- bei Männern und Frauen unterschiedliche 10 r = 0.637 pometric methods such as the skinfold

Hautfalten und berücksichtigen damit die (DXA - DW) 0 Mean thickness measurement, since this easy- geschlechtsspezifischen Unterschiede in der to-use method is applied frequently and -10 Fettverteilung. Die so ermittelte Gesamtkör- Males worldwide in epidemiological studies. perfettmenge korreliert exzellent mit den in B F (%-20 ) Females We developed a new equation to estimate ⌬ Werten aus der Referenzmethode DXA body fat based on skinfold measurement (r = 0,94 für Männer, r = 0,95 für Frauen, 0 102030405060 using DXA as reference method. We p < 0,001). Dagegen unterschätzen die bis- Mean BF (%) (DXA + DW) / 2 demonstrated that our equation greatly lang verbreiteten Modelle, die auf 2 (Durnin & Womersley) oder 4 Kompartimenten ᭿4 Differenz (⌬) zwischen dem Körperfettanteil (%), ᭿4 Difference (⌬) between relative body fat (%) (Peterson) beruhen, die Gesamtkörperfett- gemessen einerseits mit DXA (BF %[DXA]) und determined with DXA(BF%(DXA)) and with skin- andererseits über Hautfaltendicken, berechnet mit fold measurements, calculated according to the menge mehr oder weniger stark (Abb. ᭿4 ). der neu entwickelten Regressionsgleichung, nach newly developed regression equation, according Durnin & Womersley, und nach Peterson, aufgetra- to Durnin and Womersley, and according to gen gegen den Mittelwert derselben Messwerte Peterson, and plotted against the mean of the (n = 117). same measured values (n = 117). 30

᭿5 Food record: Examples of food items with specified portion sizes. improved fat estimates by involving a few additional body measurements such as waist, hips, and knee width. For males and females, the new regression equations included different skinfolds, taking into consideration the gender-specific body-fat distribution. Body-fat values obtained with the new equations highly correlate with values obtained by the reference method ᭿5 Beispielportionen im Ernährungsprotokoll. (r = 0.94 for men, r = 0.95 for women, p < 0.001), whereas established models, Aktivitätsprotokoll sind die Aktivitäten in Technische Mitarbeiter/innen based on two (Durnin and Womersley) or Ruheperioden, Haus- und Gartenarbeiten, Andrea Franke four compartments (Peterson) underestimate Tätigkeiten bei der Arbeit sowie Freizeit- Silvia Pester body fat to a certain degree (Fig. ᭿4 ). und Sportaktivitäten unterschieden. Beide Manja Reimann Erhebungsinstrumente erlauben eine ein- Katja Ruttkowski fache und direkte Aufzeichnung des Lebens- Renate Schröder Development of new epidemiological mittelverzehrs bzw. der körperlichen Aktivität Stefanie Schultz instruments und können ohne detaillierte Vorkenntnisse Dagmar Vulprecht Epidemiological studies into diet and oder Schulung der Probanden eingesetzt Andreas Wagner health need information on food consump- werden. Sie stehen auf der Website des DIfE tion and physical activity. To obtain this zum Download bereit. Über zugehörige Ein- information, epidemiological instruments gabemasken und Berechnungsprogramme are needed. Such instruments have to com- lassen sich die tägliche Energie- und Nähr- bine high accuracy with ease of compliance stoffaufnahme bzw. die Energieabgabe for the subjects to avoid lifestyle changes. ermitteln. To overcome deficiencies in existing instruments, we developed and validated both a food record and a physical activity record. These new instruments have been validated using the doubly labeled water 2 18 ( H2 O) technique. The semi-quantitative food record consists of a list of food items with specified portion sizes (Fig. ᭿5 ). In the activity record, the daily activities are grouped according to the following cate- gories: sleep and rest, home and garden, at work, leisure time, and sports. Both instruments support a direct and easy recording of food intake and physical activity, respectively. They are easy to use and the users do not need any previous instruction. Download is available at the website of DIfE. The daily energy and nutrient intake or the energy expenditure can be calculated via data entry masks and calculation software. 31

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/Original Papers Möhlig, M., Koebnick, C., Weickert, M.O., BioProfil Nutrigenomik: Metabolic and García A.L., Wagner, K., Hothorn, T., Koebnick, Lueder, W., Otto, B., Steiniger, J., Twilfert, M., Genetic Profiles (MGP) Teilprojekt: Aufbau C., Zunft, H.J.F., Trippo, U.: Improved prediction Meuser, F., Pfeiffer, A.F.H., Zunft, H.J.F.: und Charakterisierung einer Kohorte of body fat by measuring skinfold thickness, Arabinoxylan enriched meal increases serum (gemeinsam mit KLE) circumferences and bone breadth. Obes. Res., ghrelin levels in healthy humans. Horm. Finanzierung: BMBF in press. Metab. Res., in press. Laufzeit: 01.09.2003–31.08.2006

Gericke, B., Koebnick, C., Reimann, M., Schweigert, F.J., Klingner, J., Hurtienne, A., BODY LIFE: Intelligent System Monitoring Forterre, S., Zunft, H.J.F., Schweigert, F.J.: Zunft, H.J.F.: Vitamin A, carotenoid and the Body Composition for better Healthy Influence of hormone replacement therapy vitamin E plasma concentrations in children Life Style and Illness Prevention on proteomic pattern in serum of post- from Laos in relation to sex and growth Finanzierung: EU menopausal women. Maturitas, in press. failure. Nutr. J. 2, Article 17 (2003). Laufzeit: 01.01.2001–31.12.2003 (http://www.nutritionj.com/content/2/1/17) Harsch, I.A., Koebnick, C., Wallaschofski, H., CROWNALIFE: Functional Food, Gut Schahin, S.P., Hahn, E.G., Ficker, J.H., Lohmann, Zunft, H.J.F., Lüder, W., Harde, A., Haber, B., Microflora and Healthy Ageing T., Konturek, P.C.: Resistin levels in patients Graubaum, H.J., Koebnick, C., Grünwald, J.: Finanzierung: EU with obstructive sleep apnoea syndrome – Carob pulp preparation rich in insoluble Laufzeit: 01.02.2001–31.10.2004 the link to subclinical inflammation? Med. fibre lowers total and LDL cholesterol in Sci. Monit. 10, CR510-515 (2004). hypercholesterolemic patients. Eur. J. Nutr. HealthSense: Healthy ageing: how changes 42, 235-242 (2003). in sensory physiology, sensory psychology Harsch, I.A., Konturek, P.C., Koebnick, C., and socio-cognitive factors influence food Kuehnlein, P.P., Fuchs, F.S., Schahin, S.P., Wiest, Buchbeiträge/Book Articles choice. G. H., Hahn, E. G., Lohmann, T., Ficker, J.H.: Garcia, A.L., Hoehne, A., Koebnick, C.: Dietary Finanzierung: EU Leptin and ghrelin levels in patients with treatment of obesity and the role of physical Laufzeit: 01.02.2000 – 31.01.2003 obstructive sleep apnoea: effect of CPAP activity. In Harsch, I.A., (eds.) The various treatment. Eur. Respir. J. 22, 251-257 (2003). types and treatments of obesity. Nova PHYTOHEALTH: Improving health through Science Publishers, New York, in press. dietary phytoestrogens: a Pan-European Høie, L.H., Morgenstern, E.C.A., Gruenwald, J., network on consumers issues and opportu- Graubaum, H.J., Busch, R., Lüder, W., Zunft, Wagner, K., Trippo, U.: Definition and nities for producers H.J.F.: A double-blind placebo-controlled assessment of obesity. In Harsch, I.A., (eds.) Finanzierung: EU clinical trial compares the cholesterol-lowering The various types and treatments of obesity. Laufzeit: 01.03.2003–28.02.2006 effects of two different soy protein preparati- Nova Science Publishers, New York, in press. ons in hypercholesterolemic subjects. Eur. J. EUROLIVE: The effect of olive oil consump- Nutr. 43, in press. Zunft, H.J.F.: Außenseiterdiäten. In: Schauder, tion on oxidative damage in European P., Ollenschläger, G., (eds.) Ernährungsmedizin population Koebnick, C., Plank-Habibi, S., Wirsam, B., – Prävention und Therapie, 2. Auflage Urban Finanzierung: EU Gruendel, S., Hahn, A., Meyer-Kleine, C., & Fischer, München, 175-187 (2003). Laufzeit: 01.01.2002 – 31.12.2004 Leitzmann, C., Zunft, H.J.F.: Double-blind, randomized feedback control fails to improve Zunft, H.J.F., Koebnick, C., Haber, B.: ISOHEART: Isoflavones for reducing risk of the hypocholesterolemic effect of a plant- Cholesterol-lowering activity of insoluble coronary heart diseases among postmeno- based low-fat diet in patients with moderately fibre from carob. In: van der Kamp, J. W.;Asp, pausal woman elevated total cholesterol levels. Eur. J. Clin. N. G.; Miller Jones, J., Schaafsma, G., (eds.) Finanzierung: EU Nutr. 58, 1402-1409 (2004). Dietary Fibre: bio-active carbohydrates in Laufzeit: 01.01.2002–31.12.2004 food and feed. Wageningen Academic Koebnick, C., Reimann, M., Carlsohn, A., Publisher, Wageningen, NL, 205-217 (2003). NUTRI-SENSEX: Improving the quality of life Korzen-Bohr, S., Buegel, S., Hallund, J., Rossi, L., of elderly people by co-ordinating research Branca, F., Hall, W., Williams, C., Zunft, H.J.F., into malnutrition of the elderly O´Doherty-Jensen, K.: The acceptability of Finanzierung: EU isoflavones as a treatment of menopausal Laufzeit: 01.01.2004–31.12.2006 symptoms: a European survey among postmenopausal women. Climacteric, in press. Herstellung eines neuartigen, gesundheits- förderlichen Kohlenhydratkonzentrats aus Koebnick, C., Wagner, K., Thielecke, F., Abfallstoffen der Weizenstärkegewinnung Moeseneder, J., Höhne, A., Franke, A., Meyer, durch integrierten Einsatz biotechnologi- H., Garcia, A.L., Trippo, U., Zunft, H.J.F.: scher Verfahren Validation of a simplified real-time physical Finanzierung: Deutsche Bundesstiftung activity record with the doubly labelled water Umwelt technique. Int. J. Obes., in press. Laufzeit: 01.05.2000–31.08.2003 Abteilung Epidemiologie 32 Leitung: Prof. Dr. Heiner Boeing

Department of Epidemiology Head: Prof. Dr. Heiner Boeing

Summary The metabolic syndrome, its Zusammenfassung Das Metabolische Syn- Krebserkrankungen cardiovascular complications, and cancer drom sowie Krebs- und Herz-Kreislauf-Er- Petra Lahmann, Heiner Boeing, Sandra Kluge, have a high incidence in populations with a krankungen treten in Ländern mit „west- Manuela Bergmann, Tobias Pischon, Mandy Schulz westernized lifestyle. Research during the lichem Lebensstil“ gehäuft auf. Die For- last decades indicates that nutrition and schungsergebnisse der letzten Jahrzehnte Die Abteilung Epidemiologie (EPI) ist maß- body weight play an important role in the deuten darauf hin, dass die vorherrschende geblich an einer Reihe von Forschungs- increasing prevalence of these diseases. Ernährung und das tendenziell steigende arbeiten innerhalb der gesamten EPIC-Studie Thus, the potential of nutrition to prevent Körpergewicht maßgeblich an der Zunahme beteiligt, die den Einfluss des Gemüse- und these diseases is considered very high. dieser Erkrankungen beteiligt sind. Dement- Obstverzehrs auf das Risiko der Entstehung According to current estimates, approxi- sprechend wird das Potential der Ernährung verschiedener Krebserkrankungen unter- mately 30 % of cancerous, 60 % of cardio- zur Verhütung dieser Erkrankungen (Prä- suchen. Diese Untersuchungen sind für die vascular diseases, and 80 % of the cases of type 2 diabetes could be related to nutri- ventionspotential) als sehr hoch angesehen. Entwicklung von Präventionsmaßnahmen tion or its associated factors. Investigation Nach derzeitigen Schätzungen könnten 30 % insofern sehr bedeutsam, als dass sie die of the relationship between single nutri- der Krebs-, 60 % der Herz-Kreislauf- und 80 % Einschätzungen ergänzen, die 2003 von tional factors and disease risk, determina- der Typ-2-Diabetes-Erkrankungen auf die einem Expertengremium des Internationalen tion of the preventive potential of single Ernährung oder ernährungsassoziierte Fak- Krebsforschungszentrums (IARC) der Welt- factors, and the efficacy of preventive toren zurückzuführen sein. Die Erforschung gesundheitsorganisation abgegeben wurden measures are epidemiological questions der Zusammenhänge zwischen einzelnen (Tab. ᭿4 ). Ein mit dem Verzehr von Gemüse that are addressed by interdisciplinary Ernährungsfaktoren und dem Erkrankungs- und Obst eng verbundener Ernährungsfaktor research at DIfE. The Department of risiko, die Ableitung des Präventionspoten- ist die Ballaststoffzufuhr. Eine Untersuchung Epidemiology (EPI) focuses on the impact of tials einzelner Faktoren sowie die Erbringung innerhalb der EPIC-Studie ergab, dass eine dietary patterns, consumption of fruit and wissenschaftlicher Hinweise für die Wirk- Erhöhung der Ballaststoffzufuhr von 15 auf vegetables, intake of alcohol, as well as on samkeit einzelner Präventionsmaßnahmen über 30 Gramm/Tag mit einer Senkung der obesity (Tab. ᭿1 ). In addition, the depart- sind epidemiologische Fragestellungen, die Neuerkrankungsrate (Inzidenz) des kolorekta- ment investigates the role of biomarkers am DIfE interdisziplinär bearbeitet werden. len Karzinoms um 40 % assoziiert ist. associated with nutritional factors, such as Die Abteilung Epidemiologie (EPI) konzen- Der Einfluss des Alkoholkonsums auf die interleukin-6 (IL-6) and their associated triert sich dabei auf die Bedeutung bestimm- Entstehung von Karzinomen im oberen metabolic pathways, in disease risk. ter Ernährungsmuster, des Gemüse- und Verdauungstrakt ist ebenfalls Gegenstand Analysis of genetic variants (polymor- Obstverzehrs, des Alkoholkonsums sowie der EPIC-weiter Analysen. Der Nachweis einer phisms) as to their role in the incidence of Adipositas (Fettsucht) (Tab. ᭿1 ). Ferner unter- positiven Beziehung basierte bisher im nutrition-related diseases is also performed sucht sie den Einfluss der mit diesen Ernäh- Wesentlichen auf Fall-Kontroll-Studien. by the department. The basis of depart- rungsfaktoren assoziierten Biomarker, wie Unsere Analyse zeigte eine Risikobeziehung mental research is a European-wide cohort study with nearly 520,000 participants z.B. Interleukin 6 (IL-6), auf das Erkrankungs- für Alkohol auch in einem prospektiven (European Prospective Investigation into risiko. Ebenso gehört zu ihrem Aufgaben- Studiendesign. Damit ist ein weiterer wichti- Cancer and Nutrition: EPIC Study), includ- spektrum, die genetischen Varianten (Poly- ger Beweis erbracht, dass Alkohol ein ing 27,548 from Potsdam and surrounding morphismus) im Hinblick auf ihre Rolle bei wesentlicher unabhängiger Risikofaktor für areas (EPIC-Potsdam Study). der Entstehung ernährungsbedingter Erkran- diese Art der Erkrankung ist. Der Einfluss ein- kungen zu analysieren. Die Grundlage für die zelner Getränkearten (Wein, Bier, Spirituosen) Forschungsarbeit der Abteilung ist eine euro- sowie der Einfluss genetischer Faktoren, die Cancer paweit angelegte prospektive Kohorten- den Alkoholabbau im Blut beeinflussen, ist Within the EPIC Study, the Department of studie mit 520.000 Studienteilnehmern Gegenstand weiterer Analysen. Epidemiology (EPI) has a major role in (European Prospective Investigation into Andere Daten der EPIC-Studie weisen auf research on the effect of vegetable and fruit Cancer and Nutrition: EPIC-Studie), darunter einen Zusammenhang zwischen anthro- consumption on the incidence of various 27.548 Studienteilnehmer aus Potsdam und pometrischen Charakteristika und dem Auf- types of cancer. These investigations con- Umgebung (EPIC-Potsdam-Studie). treten von Brustkrebs hin. Zudem war eine tribute to the development of preventive measures by complementing evaluations by an expert panel of the International Endpunkte Agency for Research on Cancer (IARC) of the Krebs- Herz-Kreislauf- Hypertonie Diabetes Adipositas World Health Organization (WHO) in 2003 erkrankungen erkrankungen Mellitus (Tab. ᭿4 ). The consumption of fruit and Ernährungs- vegetables is strongly associated with the muster intake of dietary fiber. An investigation within the EPIC Study revealed that an Gemüse increase of dietary fiber from 15 g to more und Obst than 30 g/day reduces the incidence rate of colorectal cancer by approximately 40 %. Alkohol Adipositas ᭿1 Associations studied by the Department of Epidemiology, 2003/2004 Biomarker Diseases (horizontal): cancer, cardiovascular diseases, hypertension, diabetes mellitus, obesity. Genetik Factors (vertical): nutritional patterns, fruit and vegetables, alcohol, obesity, biomarkers, genetics. ᭿1 2003/2004 untersuchte Beziehungen in der Abteilung Epidemiologie 33

᭿2 Relative risk (RR) of breast cancer in post- Relatives menopausal women with normal body Risiko weight (body mass index, BMI < 25), overweight 2,04 1,93 Ն 2,0 (BMI 25 – < 30), and obesity (BMI 30); either taking (red bars) or not taking (green bars) hormones at initial examination; n = 103,344 1,5 (model corrected for known risk factors). 1,28 1,28 1,39 * Women with BMI < 25 who were not taking 1,0* 1,0 hormones served as a reference for all other groups (RR = 1.0).

0,5 The role of alcohol consumption in the onset of cancer of the upper gastrointesti- 0 nal tract is an objective of EPIC-wide analy- BMI (kg/qm) <25 25 – < 30 Ն30 ses. So far, current evidence of a positive association primarily is based on case-con- Hormoneinnahme bei Erstuntersuchung: NEIN JA trol studies. Our analysis showed an alco- * Frauen ohne Hormoneinnahme und BMI<25 stellen die Referenzkategorie (RR=1,0) hol-associated risk in a prospective study für alle anderen Gruppen dar. design, thus generating further important evidence that alcohol is a significant and ᭿2 Relatives Risiko (RR) für Brustkrebs von postmenopausalen Frauen mit Normalgewicht (Body Mass independent risk factor for this type of dis- Index, BMI < 25), Übergewicht (BMI 25 – < 30) und Adipositas (BMI Ն 30), stratifiziert nach Hormonein- nahme, N = 103.344, (Modell wurde adjustiert für bekannte Risikofaktoren). ease. The role of various types of alcoholic beverages (wine, beer, spirits) as well as that of genetic variance affecting the deutliche Wechselwirkung zwischen Überge- muster, das mit dem Folsäure- und Homo- metabolism of alcohol in the body will be wicht (Body-Mass Index, BMI Ն 25) und der cysteinstoffwechsel assoziiert und durch den the target of further investigations. Einnahme von Hormonersatzpräparaten zu Verzehr von Vollkornprodukten, Obst, Oliven- Other data of the EPIC Study associates sehen. Übergewichtige Frauen, die keine öl, Kohlgemüse, Wein und Pilzen charakteri- anthropometric parameters and the inci- Hormonpräparate einnahmen, hatten gegen- siert ist, das Myokardinfarktrisiko senkt. dence of breast cancer. In addition, there was a clear connection between obesity über normalgewichtigen Frauen (BMI < 25) Selbst bei Berücksichtigung traditioneller Ն ohne Hormoneinnahme ein um 30 % erhöh- kardiovaskulärer Risikofaktoren wie Blut- (body mass index, BMI 25) and hormone replacement therapy. In women not sub- tes Risiko, nach der Menopause Brustkrebs zu hochdruck, Rauchen und Übergewicht bleibt jected to hormone-replacement therapy, bekommen. Postmenopausale Frauen, die dieses Ernährungsmuster ein protektiver overweight women exhibited a 30 % Hormonpräparate einnahmen, hatten ein Faktor. Diesen Zusammenhang zwischen increased risk of breast cancer after generell erhöhtes Risiko für Brustkrebs, das Ernährungsmuster und Erkrankungsrisiko menopause compared to normal-weight insbesondere bei schlanken Frauen ausge- konnten wir an Daten einer klassischen Fall- women (BMI < 25). Postmenopausal ᭿ prägt war (Abb. 2 ). Die Fettverteilung am Kontroll-Studie zu koronaren Herzerkran- women on hormone replacement exhibited Körper (Anlagerung des Körperfetts im kungen bei Frauen etablieren und an der in general an increased breast-cancer risk, Bereich des Oberbauchs oder im Bereich der EPIC-Potsdam Kohorte reproduzieren. Eine which was particularly pronounced among Hüften) hatte keinen Einfluss auf das Brust- erhöhte Ballaststoffaufnahme und ein mode- lean women (Fig. ᭿2 ). The distribution of krebsrisiko. Hingegen war die Körperlänge rater Alkoholkonsum sind ebenso Faktoren, body fat (i.e., fat deposits on the upper positiv mit dem Brustkrebsrisiko assoziiert. die in der EPIC-Potsdam-Studie eine risiko- abdomen or the hips) had no influence on Die Ursachen hierfür sind noch nicht ein- senkende Assoziation zum Myokardinfarkt the risk of breast cancer. In contrast, body deutig geklärt. hatten. height was positively associated with this Die Abteilung ging ferner der Frage nach, risk. The underlying causes of this observa- welche Ernährungsmuster im Zusammen- tion have not yet been elucidated. Herz-Kreislauf-Erkrankungen hang mit dem Auftreten von Hypertonie Kerstin Klipstein-Grobusch, Cornelia Weikert, (Bluthochdruck) stehen. Hierzu entwickelten Dagmar Drogan, Christin Heidemann Cardiovascular diseases wir zunächst eine spezielle Strategie der Mitte 2004 wurde die medizinische Verifizie- Musterfindung und –überprüfung. Die By midyear 2004, 162 cases of myocardial rung von 162 Myokardinfarkten (Herz- Auswertung der Daten anhand dieses Ver- infarction and 238 cases of cerebral infarkten) und 238 zerebralen Ischämien fahrens führte zum folgenden Ergebnis: Ein ischemia (stroke) occurring after the basic examination in the EPIC-Potsdam cohort (Schlaganfällen) abgeschlossen, die nach der Ernährungsmuster, das durch einen hohen were medically verified. In order to analyze Erstuntersuchung bis zum 30.04.2004 in der Anteil an Gemüse und fettarmen Milch- data from questionnaires and blood sam- EPIC-Potsdam Kohorte neu aufgetreten produkten charakterisiert ist, vermindert das ples (including DNA analysis) with respect waren. Zur Auswertung der Daten (hinsicht- Bluthochdruckrisiko. Weitere Analysen deu- to risk factors, the Department of lich der Risikofaktoren unter Nutzung der ten darauf hin, dass nicht nur Ernährungs- Epidemiology (EPI) developed a comprehen- Fragebogendaten, der Blutproben und der faktoren das Hypertonierisiko beeinflussen, sive research program in which the DNA) entwickelte die Abteilung Epidemio- sondern auch kurzfristige Gewichtsverände- Department of Clinical Nutrition (KLE) of logie (EPI) ein umfangreiches Forschungs- rungen. Adipöse Personen (BMI > 30), die in DIfE and the molecular networks of the programm, an dem die Abteilung Klinische einem Zeitraum von 2 Jahren mindestens Universities of Halle/Magdeburg and Kiel Ernährung (KLE) des DIfE und die Mole- 5 kg zu- oder abnahmen, besaßen gegenüber participate. kularen Netzwerke der Universitäten gewichtsstabilen adipösen Personen ein First results show that dietary patterns Halle/Magdeburg und Kiel beteiligt sind. erhöhtes Risiko, an Bluthochdruck zu erkran- reducing the myocardial-infarction risk are Erste Ergebnisse zeigen, dass ein Ernährungs- ken. associated with folic acid and homocys- 34

teine metabolism and characterized by the Typ-2-Diabetes und Adipositas „Molekulare Ernährungsforschung“ der consumption of whole-grain products, fruit, Heiner Boeing, Eva Fisher, Anja Schienkiewitz Universität Kiel. olive oil, vegetables of the cabbage family, Ferner untersuchten wir die Auswirkungen wine, and mushrooms. Even under consid- Adipositas ist der wichtigste Risikofaktor für einer bereits in jungen Jahren auftretenden eration of traditional cardiovascular risk die Entstehung eines Typ-2-Diabetes. Die Adipositas (BMI > 30) auf das Risiko, im spä- factors such as hypertension, smoking, and Abteilung Epidemiologie (EPI) hat sich in den teren Erwachsenenalter an Typ-2-Diabetes zu obesity, this dietary pattern had a protec- letzten Jahren intensiv mit Forschungsfragen erkranken. Diese Frage ist von erheblicher tive effect. The relation between dietary zu diesen Erkrankungen beschäftigt. Als gesundheitspolitischer Bedeutung, da die pattern and disease risk, based on data of a Datengrundlage diente eine in die EPIC- Prävalenz des Übergewichts bei jungen classical case-control study regarding heart Potsdam-Studie eingebettete Fall-Kontroll- Männern in der Bevölkerung stark zuge- disease in women, could be established studie. Sie enthält die Daten der in der ersten nommen hat. Unseren Untersuchungs- and reproduced in the EPIC-Potsdam cohort. The analyses in the EPIC-Potsdam Nachbeobachtungsrunde erstmalig aufgetre- ergebnissen zufolge beeinflusst eine im jun- Study show that increased intake of dietary tenen Diabeteserkrankungen (N=192) sowie gen Erwachsenenalter bestehende Adi- fiber and a moderate consumption of alco- Daten von 384 Kontrollpersonen (ohne eine positas das Diabetesrisiko in ähnlicher hol are factors that also lower the risk of Diabeteserkrankung bis zum Zeitpunkt der Größenordnung wie eine später erworbene. myocardial infarction. ersten Nachbeobachtung). Interessanterweise ist dieser Effekt eines früh The department also investigated which In Kooperation mit der Abteilung Klinische erworbenen Übergewichts selbst dann zu dietary patterns are related to the risk of Ernährung (KLE) fanden wir heraus, dass sehen, wenn eine erfolgreiche Gewichts- hypertension. With a specially developed bereits eine niedrige Adiponectin- und eine kontrolle ab dem 40. Lebensjahr praktiziert strategy of pattern finding and pattern hohe Interleukin 6 (IL-6)-Konzentration im wurde. testing, the following results were obtained: peripheren Blut, unabhängig von BMI und Hinsichtlich der Diabeteserkrankung identifi- a dietary pattern characterized by a high Fettverteilung, das Risiko erhöhen, an Typ-2- zierten wir ein Ernährungsmuster, das mit intake of vegetables and low-fat diary prod- Diabetes zu erkranken. Zudem zeigten wir, einem abgesenkten Risiko assoziiert ist. ucts reduces the hypertension risk. Other dass bestimmte genetische Veranlagungen Dieses Ernährungsmuster beinhaltet einen analyses revealed that not only nutritional ebenso zu einem erhöhten Erkrankungsrisiko hohen Verzehr von frischem Obst und einen factors but also short-term weight changes beitragen. Übergewichtige Personen, die geringen Konsum von zuckerhaltigen affect this risk. Obese subjects (BMI > 30) Träger der IL-6-Genvariante -174CC sind, Limonaden, Bier, Fleisch und Fleischwaren, that increased or decreased their weight by haben im Vergleich zu Übergewichtigen mit Hülsenfrüchten und hellen Brotsorten. Daher at least 5 kilograms within two years had a anderer Genvariante ein 5-fach erhöhtes Typ- ist zu vermuten, dass sich das Diabetesrisiko higher risk of developing hypertension than 2-Diabetes-Risiko. Weitere Untersuchungen durch eine Ernährungsumstellung unabhän- obese subjects who maintained their weight. zur Bedeutung von Genvarianten im Bereich gig vom Körpergewicht reduzieren lässt. des Fettsäurestoffwechsels erfolgen derzeit Zudem identifizierten wir ein Ernährungs- Type 2 diabetes and obesity in Zusammenarbeit mit dem Netzwerk muster, das in einem Zeitrahmen von Obesity is the main risk factor for the development of type 2 diabetes. The Depart- ment of Epidemiology (EPI) has addressed a number of research questions in this field TROMSO using the data basis of a nested case-control study within the EPIC-Potsdam Study. The study included cases of incident diabetes diagnosed during the first follow-up UMEA period (n=192) as well as controls (n=384; diabetes-free within the first two years after basic examination). In cooperation with the Department of Clinical Nutrition (KLE), it was found that a reduced adiponectin and a high interleukin- AARHUS MALMO 6 (IL-6) concentration in peripheral blood COPENHAGEN indicated a higher risk for type 2 diabetes, CAMBRIDGE UTRECHT independent of BMI and body-fat distribu- POTSDAM OXFORD tion. In addition, we found that certain BILTHOVEN genetic variations also contribute to an HEIDELBERG increased risk. Obese subjects bearing the PARIS gene variant –174CC in the IL-6 gene I.A.R.C. MILAN exhibit a nearly five-fold higher risk com- OVIEDO LYON TURIN pared to obese subjects with the wild type SAN SEBASTIAN FLORENCE allele. Other investigations on the role of PAMPLONA gene variants in the area of fat metabolism BARCELONA NAPLES are being conducted in collaboration with ATHENS the “Molecular Nutrition” network at the MURCIA University of Kiel. GRANADA RAGUSA

᭿3 Study centers of the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC). ᭿3 Studienzentren der European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC). 35

᭿4 Consumption of fruit and vegetables in asso- Ergebnisse der EPIC-Studie** Krebs- Bewertung des Experten- ciation with cancer risk lokalisation gremiums des IARC 2003* Results of EPIC Study** Cancer site hinsichtlich eines krebs- Gemüse und Obst Gemüse präventiven Effektes Obst insg. Fruit Vegetables We also investigated the effects of being Evaluation of IARC expert Fruit and obese at a young age on the risk of type 2 panel, 2003*, with regard to vegetables diabetes at a later age. This question is of cancer-preventing effects combined major public-health importance since the Lunge Gemüse: möglich prevalence of obesity has increased, partic- Lung Vegetables: possible Nicht untersucht Inverse Beziehung Keine Beziehung ularly in young men. Our results show that Obst: wahrscheinlich Not studied Inverse association No association both obesity acquired as a young adult or Fruit: probable later on have similar effects on the diabetes Prostata Gemüse: leichte risk. Interestingly, this effect of an early Prostate Reduzierung des Risikos im acquired obesity can still be observed, even Bereich des Möglichen if weight management has been successful Vegetables: slight risk Keine Beziehung Keine Beziehung Keine Beziehung after the age of 40. reduction possible No association No association No association We were able to identify a dietary pattern Obst: wahrscheinlich that was associated with a lower type 2 kein Effekt diabetes risk. This dietary pattern includes a Fruit: probably no effect high consumption of fresh fruit and a low ᭿4 Obst- und Gemüseverzehr und Risiko für Krebserkrankungen. consumption of sugar-containing bever- * International Agency of Research on Cancer (IARC), Handbooks of Cancer Prevention Vol. 8: Fruit and ages, beer, meat and meat products, vegetables, Lyon, 2003. legumes, and refined white-flour bread. ** Die Ergebnisse stamen aus/Results are from: Miller, AB, et al. (2004): Fruits and vegetables and lung Therefore, we assume that the risk for dia- cancer. Findings from the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition. Int. J. Cancer 108, betes can be reduced by changing the diet, 269-276; Key, TJ, et al. (2004): Fruits and vegetables and prostate cancer: no association among 1104 cases independent of body weight. in a prospective study of 130,544 men in the European Prospective Investigation into Cancer and In addition, we identified a dietary pattern Nutrition. Int. J. Cancer 109, 119-124. that predicts body-weight changes within a period of four years. Subjects with a high 4 Jahren Vorhersagen über Körpergewichts- um Methoden zur Identifizierung von Er- intake of whole-grain bread, cereals, fresh veränderungen erlaubt. Personen, die bei der nährungsmustern, zur Schätzung von statis- fruits, fruit juices, and raw vegetables and a Basisuntersuchung einen hohen Verzehr von tischen Verteilungen des Lebensmittelver- low consumption of meat and meat prod- Vollkornbrot, Getreideflocken, frischem Obst, zehrs und der Aufnahme von Inhaltsstoffen ucts, butter, margarine, and high-fat cheese Obstsaft und rohem Gemüse und einen sowie Verfahren zur Berechnung von at baseline managed to maintain their geringen Verzehr von Fleisch, Fleischwaren, Anteilen am Krankheitsaufkommen (attribu- average weight over a four-year period. In Butter, Margarine und fettreichem Käse auf- table Risiken und verhütbare Anteile). Viele this diet, 32 % of the energy intake was wiesen, blieben über einen 4-Jahreszeitraum der wissenschaftlichen Beiträge der Abtei- from fat. Subjects whose dietary pattern followed this diet only to a low degree had im Mittel gewichtsstabil. Bei dieser Ernäh- lung haben von dieser Weiterentwicklung an energy intake of approximately 40 % rung stammten 32 % der aufgenommenen profitiert. Die Verfahren werden zudem nicht from fat, and their weight increased by Energie aus Fett. Personen, deren Ernährung nur am DIfE angewendet, sondern finden 150 g/year on an average. However, the in sehr geringem Maße diesem Muster ent- zunehmend Eingang in die epidemiologische above-described dietary pattern was inef- sprach, nahmen ca. 40 % ihrer Energie aus Forschungspraxis. fective for subjects who were already obese Fett auf und im Durchschnitt 150 g pro Jahr at baseline examination (BMI > 30). an Körpergewicht zu. Das oben beschriebene Technische Mitarbeiter/innen Ernährungsmuster war jedoch bei Personen, Kay Behling die schon bei der Erstuntersuchung sehr Wolfgang Bernigau Methods übergewichtig waren (BMI > 30), hinsichtlich Sabine Fallisch Scientists of the department have devel- einer Gewichtsstabilität unwirksam. Wilfried Ficht oped and improved statistical and epidemi- Andrea Franke ological methods, especially those used to Wolfgang Fleischhauer identify dietary patterns, to estimate the Methoden Christine Heinrich distribution of food consumption and Kurt Hoffman, Ulrich Harttig, Matthias Schulze, Ellen Kohlsdorf intake of nutrients, and to estimate the Jennifer Ray Madleen Konowalzyk proportions of disease occurrence (attribut- Mitarbeiter der Abteilung haben statistische Kathrein Kühn able risks and preventable proportions). und epidemiologische Verfahren verbessert Herbert Piechot Many of the scientific contributions of the und neu entwickelt. Hierbei handelt es sich Elektra Polychronidou department have profited from these methodological developments. These methods are not only used here at DIfE but also more and more in epidemiological research outside the institute. 36

Drittmittelprojekte Ausgewählte Publikationen External Funding Selected Publications

Applikation und Weiterentwicklung einer Originalarbeiten/Original Papers Schulze, M.B., Hoffmann, K., Kroke, A., Boeing, neuen Kalibrierungsmethode zur Standar- Bingham, S. A., Day, N.E., Luben, R., Ferrari, P., H.: Risk of hypertension among women in disierung von Lebensmittel-und Nährstoff- Slimani, N., Norat, T., Clavel-Chapelon, F., the EPIC-Potsdam-Study: Comparison of rela- aufnahmen in epidemiologischen Studien Kesse, E., Nieters, A., Boeing, H. et al.: Dietary tive risk estimates of exploratory and hypoth- Finanzierung: DFG fibre in food and protection against colorec- esis-oriented dietary patterns. Am. J. Laufzeit: 01.04.2003–31.03.2005 tal cancer in the European Prospective Epidemiol. 158, 365-373 (2003). Investigation into Cancer and Nutrition Genetische Determinanten des Homo- (EPIC): an observational study. Lancet 361, Schulze, M.B., Hoffmann, K., Kroke, A., Boeing, cystein- und Folsäuremetabolismusn 1496-1501 (2003). H.: An approach to construct simplified (Partner im Netzwerk Molekulare Ernäh- measures of dietary patterns from rungsforschung) Drogan, D., Klipstein-Grobusch, K., Wans, S., exploratory factor analysis. Brit. J. Nutr. 89, Finanzierung: BMBF Laufzeit: 01.01.2002–31.01.2005 Luley, C., Boeing, H., Dierkes, J.: Plasma folate 409-419 (2003). as marker of folate status in epidemiological Nahrungsfette und Stoffwechsel – Gen- studies: the European Investigation into Schulz, M., Liese, A.D., Boeing, H., variabilität, -regulation, -funktion und funk- Cancer and Nutrition (EPIC)-Potsdam study. Cunningham, J., Moore, C.G., Kroke, A.: tionelle Lebensmittelinhaltsstoffe (Partner Br. J. Nutr. 92, 489-496 (2004). Association of short-term weight changes im Netzwerk Molekulare Ernährungs- and of weight cycling with the incidence of forschung) Hoffmann, K., Boeing, H., Volatier, J.L., Becker, essential hypertension in the EPIC-Potsdam Finanzierung: BMBF W.: Evaluating the potential health gain of Study. J. Hum. Hypertens. 19, 61-67 (2005). Laufzeit: 01.01.2002–31.12.2006 the World Health Organization’s recommen- dation concerning vegetable and fruit con- Spranger, J., Kroke, A., Möhlig, M., Bergmann, Epidemiologie der Herzinsuffizienz (Partner sumption. Publ. Health Nutr. 6, 765-772 M.M., Ristow, M., Boeing, H., Pfeiffer, A.F.H.: im Medizinische Kompetenz-Netzwerk (2003). Adiponectin and protection against type 2 Herzinsuffizienz) diabetes mellitus. Lancet 361, 226-228 Sprecher: Prof. Dietz, Charite, Berlin Hoffmann, K., Schulze, M.B., Schienkiewitz, A., (2003). 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H., Hoffmann, K., Allen, N., van Linseisen, J., Boeing, H., Berglund, G., Wirfält, the context of the European Prospective Gils, C.H., Khaw, K.T., Tehard, B., Berrino, F., E., Hallmans, G. Lenner, P., Overvad, K., Investigation into Cancer and Nutrition Tjønneland, A., Bigaard, J., Olsen, A., Overvad, Tønneland, A., Olsen, A., Lund, E., Engeset, D., Finanzierung: EU K., Clavel-Chapelon, F., Nagel, G., Boeing, H. et Alsaker, E., Kaaks, R., Riboli, E.: Vegetables Laufzeit: 01.01.2002–31.12.2004 al.: Body size and breast cancer risk: Findings and breast cancer risk: No evidence for an from the European Prospective Investigation association in the European Prospective EPIC: European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC). Int. J. Cancer Investigation into Cancer and Nutrition into Cancer and Nutrition 111, 762-771 (2004). (EPIC). JAMA in press. 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The role of diet in the aetiology of Crohn’s Disease and ulcerative colitis Finanzierung: Norwich Hospital Laufzeit: 01.07.2002–30.06.2003 Abteilung Ernährungstoxikologie Leitung: Prof. Dr. Hans-Rudolf Glatt 37

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

Zusammenfassung Zahlreiche Lebensmittel nach Biomarkern für die Bildung und In- Summary Food not only comprises enthalten beträchtliche nicht-nutritive An- aktivierung reaktiver Metaboliten gewidmet. nutrients but also natural and anthro- teile, wobei die niedermolekularen nicht- In Kooperation mit der Abteilung Epidemio- pogenic, non-nutritive components of low nutritiven Substanzen Fremdstoffe genannt logie (EPI) haben wir Humanstudien in molecular weight, called xenobiotics (Greek werden, auch wenn sie natürlichen Ur- Angriff genommen, in denen diese Biomarker xenos = foreign). Their biological effects sprungs sind. Viele werden absorbiert und genutzt werden. may be favorable in some situations, but an wirken auf den Organismus ein. Selbst wenn accumulation of xenobiotics should be eine Wirkung im Einzelfall günstig ist, muss avoided. The elimination of xenobiotics usually comprises metabolic transforma- eine Akkumulation vermieden werden. Die Humanisierte Testsysteme für toxikologische tion. Although this biotransformation usu- Elimination von Fremdstoffen aus dem Untersuchungen ally results in a deactivation, it can lead to Körper ist meistens mit einer stofflichen Gisela Dobbernack, Simone Florian, highly toxic metabolites in some cases. Umwandlung verbunden. Diese Biotrans- Claudia Langheinrich, Yungang Liu, Walter Meinl, Mandy Osterloh-Quiroz, Ulrike Pabel The studies in this department are aimed formation bedeutet in der Regel eine Ent- at the determination of natural and anthro- giftung, kann aber auch zur Bildung von stark Die Toxikologie ist noch stärker als andere pogenic toxic substances in food, the eluci- toxischen Produkten führen. biomedizinische Disziplinen auf Modell- dation of their mode of action, and the Die Abteilung hat zum Ziel, natürliche und systeme wie Zellkulturen und Versuchstiere assessment of the resulting health risks. In anthropogene Schadstoffe in der Nahrung zu angewiesen, da sich Versuche am Menschen addition, we want to identify individual erfassen, ihre Wirkmechanismen aufzuklären weitgehend verbieten. Mutagenese ist ein genetic factors and nutritional effects that und die sich ergebenden Gesundheitsrisiken zentraler Wirkmechanismus von Kanzero- enhance or reduce the risks of a given com- abzuschätzen. Zudem wollen wir genetische genen. Kanzerogene aus der Umwelt und aus pound. Toxicological effects mediated by Faktoren und Nahrungseinflüsse identifizie- Lebensmitteln müssen dazu durch Fremd- chemically reactive metabolites are of spe- ren, die das Risiko, durch eine Substanz zu stoff-metabolisierende Enzyme aktiviert wer- cial interest because, even at low exposure, erkranken, verstärken oder vermindern. den. Je nach Spezies, Gewebe, individuellen they may lead to irreversible and cumula- Von besonderem Interesse sind Wirkungen, genetischen Faktoren, Ernährungsweise und tive damage. The pathophysiological conse- die durch chemisch reaktive Metaboliten ver- anderen Umwelteinflüssen kann die Aus- quences of this damage – such as cancer, mittelt werden, da diese bereits bei niedriger stattung mit diesen Enzymen und damit die degenerative changes, or hereditary defects Exposition zu irreversiblen und kumulieren- Empfindlichkeit gegenüber Schadstoffen in descendants – are only manifested after den Schäden führen können. Die patho- extrem unterschiedlich sein. Zur Identifizie- a latency period that can amount to several physiologischen Folgen – wie Krebs, degene- rung kritischer Wirtsfaktoren und zur Ver- decades or sometimes even generations. It is almost impossible to elucidate the causal rative Veränderungen oder Erbschäden in besserung der Modellsysteme „humanisie- relationships by solely using epidemiologi- Nachkommen – manifestieren sich dabei ren“ wir diese für definierte Enzyme mit gen- cal methods. Therefore, we have developed meistens erst nach einer Latenzzeit von technischen Methoden. Zurzeit untersuchen toxicological test systems, which are based Jahrzehnten oder gar erst in späteren wir vor allem die Sulfotransferasen (SULT) on specific, human systems of biotransfor- Generationen. Dies erschwert das Erfassen und Alkoholdehydrogenasen, daneben auch mation. An additional focal point of our von kausalen Zusammenhängen mit epide- Cytochrome P450 (CYP), Acetyltransferasen, research is the search for biomarkers for miologischen Methoden. In diesem Zusam- Glutathiontransferasen und Transmembran- the formation and inactivation of reactive menhang haben wir toxikologische Test- transporter. Die SULT zeichnen sich durch ein metabolites. systeme entwickelt, in denen humane hohes Detoxifizierungs- und Toxifizierungs- Wirtsfaktoren spezifisch berücksichtigt wer- potential aus (abhängig vom Wirkstoff). Wir Humanized test systems for toxicological den, sowie funktional bedeutsame geneti- haben 39 SULT des Menschen und von investigations sche Polymorphismen Kanzerogen-metaboli- Versuchstieren in in vitro-Systemen expri- Experimental toxicology depends on model sierender Enzyme untersucht. Ein weiterer miert. Diese waren in der Lage, allein oder systems such as cell cultures and laboratory Schwerpunkt unserer Arbeit ist der Suche zusammen mit CYP, über 100 Stoffe zu animals, since experiments on humans are unacceptable in most cases. Mutagenesis is a chief mechanism of carcinogens. To pro- 60 SCE pro Zelle N-Nitrosodimethylamin duce this effect, environmental and food- Nitrofen 5-Hydroxymethylfurfural borne carcinogens require activation by Acrylamid xenobiotic-metabolizing enzymes. The levels Furan 40 of these enzymes vary extremely between unbehandelte Kulturen species and tissues, and are also influenced by the individual genetic constitution, diet, and other environmental factors. In order 20 to identify critical enzymes and to improve the relevance of test models, we “human- ize” test systems for defined enzymes by genetic engineering. At present, we are 0 0 1 10 100 1000 10000 100000 ᭿1 DNA damage by carbohydrate-pyrolysis Konzentration, µM products and other food contaminants in a V79- derived cell line that was genetically engineered ᭿1 DNA-Schädigung durch Pyrolyseprodukte von Kohlenhydraten und durch andere Lebensmittelkonta- for expression of two human toxifying enzymes minanten in einer V79-Zellline, die für zwei toxifizierende Enzyme (CYP2E1 und SULT1A1) humanisiert (CYP2E1 and SULT1A1). Sister chromatid wurde. Als Maß für die DNA-Schädigung wurde die Zahl der Schwesterchromatid-Austausche (SCE) pro exchange (SCE) was used as a measure of geno- Zelle (Metaphase) verwendet. toxicity. 38

᭿2 Expression of SULT1A proteins (brown) in colon mucosa of humans (left), normal mouse (middle) and SULT1A1/2-humanized mouse (right).

investigating sulfotransferases (SULT), alcohol dehydrogenases, cytochromes P450 (CYP), epoxide hydrolases, acetyltransferases, glutathione transferases, and transmembrane transporters. The class of SULT is characterized by a high detoxification as well as toxification potential (depending on the chemical studied). We have expressed 39 SULT from man and laboratory animals in in vitro test systems. SULT, either alone or together with CYP, were capable of activating more than 100 chemicals to mutagens, including many food-borne compounds and carcinogens not detected in standard test systems. Nitrofen, acrylamide, and furan are pyrolysis products and contaminants in food, which ᭿ recently were in the headlines. They induce 2 Expression von SULT1A-Protein (braun) in der Kolonmukosa eines Menschen (links), einer normalen Maus (Mitte) und einer SULT1A1/2-humanisierten Maus (rechts). tumors in experimental animals, but mostly give negative results in standard genotoxic- Mutagenen zu aktivieren. Darunter befinden ob sich nach Ausstattung des Mauskolons ity assays. Genotoxicity data are pivotal for sich viele Inhaltsstoffe von Lebensmitteln mit Humanenzymen nahrungsrelevante risk evaluation of high-dose carcinogens, but are inconclusive in the present cases, und Kanzerogene, die mit konventionellen in Substanzen als Kolonkanzerogene erfassen since the compounds are metabolized in vitro-Systemen nicht erfasst werden können. lassen. vivo by enzymes that are not taken into Nitrofen, Acrylamid und Furan sind Pyrolyse- produkte und Kontaminanten in Lebens- account in the standard genotoxicity assays Geno- und Phänotypisierung von used. Therefore, we constructed a cell line mitteln, die kürzlich in die Schlagzeilen Kanzerogen-metabolisierenden Enzymen that expresses these enzymes (CYP2E1 kamen. Gemeinsam ist ihnen, dass sie (in Walter Brand, Ronny Kollock, Walter Meinl, and SULT1A1). All three compounds are hohen Dosen) im Versuchstier Tumoren Heiko Schneider, Korinna Schulz genotoxic in these cells, but their potency is erzeugen, in Standard-Gentoxizitätstests weaker by many orders of magnitude than aber überwiegend negative Ergebnisse zei- Viele Fremdstoff-metabolisierende Enzyme that of the classical carcinogen N-nitro- gen. Diese negativen Ergebnisse sind nicht zeigen funktional bedeutsame genetische sodimethylamine, which also requires schlüssig, da diese Substanzen in vivo durch Polymorphismen. Eine Assoziation eines activation by CYP2E1 (Fig. ᭿1 ). Moreover, Enzyme metabolisiert werden, die den einge- Tumors mit einem bestimmten Genotyp another carbohydrate pyrolysis product, setzten in vitro-Systemen fehlen. Wir kon- kann Schlüsse auf die Art der beteiligten 5-hydroxymethylfurfural, demonstrates a struierten deshalb eine Zelllinie, in der diese Kanzerogene erlauben. So fanden wir in stronger genotoxic activity in this human- Enzyme (CYP2E1 und SULT1A1) exprimiert Zusammenarbeit mit E. Kampman ized cell line than do acrylamide and furan. werden. In diesen Zellen sind alle drei (Wageningen), dass Dickdarm-Adenome bei Since the intake of 5-hydroxymethylfurfural Substanzen gentoxisch, allerdings um viele Rauchern mit dem schnellen SULT1A1- in food exceeds that of acrylamide by a Größenordnungen schwächer als das klassi- Genotyp assoziiert sind. Dies legt nahe, dass factor of 1000 and that of furan even more, sche Kanzerogen N-Nitrosodimethylamin, aromatische Amine und alkylierte Polyzyklen in-depth investigations of the relevance of das ebenfalls durch CYP2E1 aktiviert wird aus dem Zigarettenrauch einen Kausalfaktor the observed effects are urgent. (Abb. ᭿1 ). Auch ist ein weiteres Pyrolysepro- dieser Entartung darstellen. We also succeeded in integrating two human SULT genes into a mouse line. The dukt, 5-Hydroxymethylfurfural, in diesem In diesem Zusammenhang wollen wir expressed enzymes do exhibit not only the humanisierten System stärker gentoxisch als herausfinden, wie einzelne Genotypen mit human substrate specificity but also a Acrylamid und Furan. Da wir diese Substanz der Ausbildung verschiedener Phänotypen human-like tissue distribution. In particular, in tausendfach größerer Menge mit der assoziiert sind. Einige Aminosäure- they are highly expressed in colon mucosa Nahrung aufnehmen als Acrylamid, sind wei- Austausche beeinträchtigen die kinetischen (Fig. ᭿2 ). Colorectal cancer is common in tergehende Untersuchungen wichtig. Eigenschaften eines Enzyms. Viel häufiger man, but is only induced in experimental Es ist uns zudem gelungen, zwei humane führen sie aber zu Veränderungen der animals by very few carcinogens. We shall SULT-Gene, unter der Kontrolle ihrer huma- Enzymkonzentration, wobei das Ausmaß der examine whether additional substances, in nen Regulationssequenzen, in eine Mauslinie Veränderung gewebeabhängig sein kann. particular food-borne xenobiotics, induce einzuschleusen. Die exprimierten Enzyme Zudem gibt es in der Regel weitere Faktoren, colorectal cancer in mice after expressing zeigen nicht nur die humane Substratspezi- wie etwa Ernährungsgewohnheiten, welche human colonic enzymes. fität, sondern auch eine dem Menschen ähn- die Enzymexpression zusätzlich beeinflussen. liche Gewebeverteilung. Insbesondere wer- So konnten wir zeigen, dass der SULT1A1 Genotyping and phenotyping of den sie in der Kolonmukosa exprimiert Genotyp die Ausbildung von vier phäno- carcinogen-metabolizing enzymes (Abb. ᭿2 ). Dickdarmkrebs gehört zu den häu- typischen Charakteristika (SULT1A1 Protein- Possibly due to their dual role (detoxifica- figsten Neoplasien beim Menschen, lässt sich gehalt und Aktivität in Thrombozyten und tion of some chemicals, toxification of oth- im Tierversuch aber nur mit ganz wenigen Lymphozyten) bestimmt, aber die interindivi- ers), many xenobiotic-metabolizing Kanzerogenen induzieren. Wir wollen prüfen, duelle Variation der Sulfo-Konjugation einer 39

Modellverbindung (Paracetamol) in vivo nur unsere humansierten Mausmodelle hier wei- enzymes show functionally relevant genetic zu einem geringen Teil erklären konnte. Um terhelfen werden. Mit ihnen sollten sich che- polymorphisms. An association of a tumor dieses Phänomen weiter zu charakterisieren, mopräventive Strategien optimieren wie with a certain genotype may give indica- haben wir damit begonnen, die Auswirkung auch gefährliche Interaktionen (etwa die tion of the chemical classes of carcinogens von SULT- und anderen Enzym-Genotypen in Hemmung einer Detoxifizierung) erfassen involved. Thus, in cooperation with E. wichtigen Geweben zu analysieren. Unter lassen. Kampman (Wageningen), we detected an anderem hat uns U. Zanger (Stuttgart) hier- association between the occurrence of für eine Bank, die Lebergewebe von über colon adenomas in smokers and the fast SULT1A1 genotype, suggesting a causal role 100 Probanden enthält, zur Verfügung Biomarker für die Bildung und Inaktivierung of smoke-borne aromatic amines and/or gestellt. Zudem haben wir weitere Verfahren reaktiver Metaboliten alkylated polyarenes. entwickelt, um in vivo den aktuellen Aktivi- Chimgee Baasanjav, Wolfram Engst, Heiko Schneider, Stephan Solloch, Yasmin Sommer We therefore wanted to find out how indi- tätsstatus von Enzymen zu erfassen. So fan- vidual genotypes are associated with the den wir, dass Ethanol zu einem geringen Teil Im Menschen wie im Versuchstier manifes- formation of various phenotypes. Some als Ethylsulfat im Urin ausgeschieden wird tieren sich Tumoren erst lange nach der amino acid exchanges affect the kinetic und dass sich diese Reaktion gut zum Phäno- Exposition gegenüber einem Kanzerogen properties of an enzyme. However, they typisieren von Sulfotransferasen einsetzen (und bei niedriger Belastung nur mit einer more often cause changes in the enzyme lässt. geringen Inzidenz). Jedoch lassen sich bereits concentration. Usually there are other fac- kurz nach der Exposition Primärschäden in tors, such as dietary habits, that regulate Form von DNA-Addukten (kovalente enzyme expression as well. Thus, we Synergismen und Chemoprävention bei der Modifikationen der DNA) nachweisen. Die observed that the SULT1A1 genotype con- chemischen Kanzerogenese/Mutagenese chemischen Strukturen dieser Addukte sind cordantly affected four phenotypic parame- Nadiya Bakhiya, Heli Hollnagel, Monika Stephani charakteristisch für eine vorgegebene reak- ters (SULT1A1-protein and activity levels in Zu den charakteristischen Eigenschaften der tive Substanz und unabhängig davon, ob sie platelets and lymphocytes), however, with- Fremdstoff-metabolisierenden Enzyme gehö- in zellfreien Systemen, in biologischen out being able to explain the interindivid- ren deren breite Substrattoleranz und oft Modellen oder im Menschen gebildet wur- ual variation of sulfo-conjugation of a auch deren Induzierbarkeit durch bestimmte den. Wir bestimmen diese Addukte unter model compound, paracetamol, in volun- Substrate, was zu Interaktionen zwischen anderem in vitro zum Erfassen ihres muta- teers. In order to examine this phenome- verschiedenen Fremdstoffen führen kann. genen Potentials und in vivo zum Identi- non more closely, we have started to study Dies lässt sich leicht in in vitro-Systemen zei- fizieren möglicher Zielgewebe. So fanden wir, the phenotypic effects of genetic polymorphisms of SULT and other carcinogen- gen. Mit unseren rekombinanten Systemen dass 1-Sulfoxymethylpyren (ein reaktiver metabolizing enzymes in individual, impor- lassen sich zudem die beteiligten Mechanis- Metabolit eines weit verbreiteten polyzykli- tant tissues. U. Zanger (Stuttgart) has made men gut erfassen. So fanden wir, dass sich schen Kohlenwasserstoffes) in der Ratte fast available a bank containing liver tissue Human-SULT1A1-vermittelte Toxifizierungen ausschließlich in der Leber gebildet wird, from more than 100 human subjects for durch Zugabe geringer Mengen von Obst- aber die stärksten Primärschäden in der this study. Furthermore, we are working on und Gemüsesäften zum Zellkulturmedium Niere anrichtet. Der Effekt konnte auf einen the expansion and improvement of meth- ᭿ verhindern lassen (Abb. 3). Allerdings ist schnellen, gerichteten Transport zurück- ods for determining the actual in vivo activ- schwer abzuschätzen, ob diese Prävention geführt werden. ities of enzymes. For example, we found auch unter den komplexeren in vivo- Das Erfassen von Addukten in Geweben that ethanol is excreted as ethyl sulfate in Bedingungen greift. Wir erwarten, dass erfordert invasive Methoden. Ein Großteil urine to a small, but readily measurable, extent and that this reaction is useful in phenotyping of sulfotransferases. 125 Mutagene Wirkung von PhIP RRote-Bete-Saft Synergisms and chemoprevention in chemical mutagenesis/carcinogenesis 100 Entalkoholisierter Rotwein A characteristic trait of xenobiotic-metabolizing enzymes is their broad substrate tol- 75 erance and often their induction by certain substrates. These properties may lead to 50 interactions between different xenobiotics, as can be readily demonstrated in in vitro test systems. Our enzymatically well-char- 25 acterized recombinant test systems are extremely instrumental in elucidating the mechanisms involved. For example, we dis- 0 0.00.03 0.10.3 1.0 3.0 ᭿3 Protection against the mutagenic effects of Konzentration im ZellkulturmediumZellkulturmedium, % 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyri- dine (PhIP) by beetroot juice and dealcoholized red wine. PhIP is formed in meat during frying. ᭿3 Schutz vor der mutagenen Wirkung des 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridin (PhIP) Its mutagenicity was studied in V79 cells engi- durch Rote-Bete-Saft und entalkoholisierten Rotwein. PhIP ist ein heterozyklisches Amin, das beim Braten neered for expression of two human toxifying von Fleisch gebildet wird. Seine mutagene Wirkung wurde in V79-Zellen untersucht, in denen zwei enzymes (CYP1A2 und SULT1A1). Mutagenicity humane Enzyme (CYP1A2 und SULT1A1) durch Gentransfer exprimiert wurden. Erst nach Expression was only observed after expression of both dieser toxifizierenden Humanenzyme zeigte PhIP eine mutagene Wirkung. enzymes. 40

᭿4 Analysis of the integration of a human gene sequence into a vector. covered that human SULT1A1-mediated activations of promutagens can be prevented by adding small amounts of fruit and vegetable juices to the cell-culture medium (Fig. ᭿3 ). However, it is difficult to assess whether this prevention would also take place under the more complex conditions found in vivo. We expect our humanized mouse model to be useful in answer- ing this question.

Insight from biomarkers on the nature and fate of reactive metabolites formed in the organism Tumors are only manifested a long time after carcinogen exposure. However, primary damage in the form of DNA adducts ᭿ (covalent modification of DNA) is already 4 Überprüfung der Integration einer humanen Gensequenz in einen bakteriellen Vektor mit Hilfe des detectable immediately after exposure and Eagle Eyes. bioactivation. The chemical structures of the adducts are characteristic for a given der Addukte wird innerhalb von Tagen durch Mercaptursäure. In der Tat korrelierte im reactive compound, but independent from Reparatur eliminiert. Das Schicksal der exzi- gerade erwähnten Rattenversuch der Grad the system (e.g.,cell-free in vitro, a biologi- dierten DNA-Bestandteile ist zwar noch nicht der Primärschäden mit der Menge der cal model, or human tissue in vivo). We hinlänglich bekannt, doch könnten sie im Methylpyrenyl-Mercaptursäure im Harn. Wir have determined DNA adducts for many Falle ihrer Ausscheidung als Biomarker für wollen die Methodik verfeinern und auf wei- test compounds, for example, in vitro eine interne Belastung mit einem Mutagen/ tere Kanzerogene ausdehnen. Ziel ist es, together with the genotoxic effects to Kanzerogen genutzt werden. Wir konnten Harnbiomarker zusammen mit Suszepti- determine their mutagenic potential and in zeigen, dass ein Teil der 1-Sulfoxymethyl- bilitätsparametern (Genotyp, in vivo-Enzym- vivo to identify potential target tissues of pyren-DNA-Addukte als Nukleosid-Addukte aktivität) in Humanstudien zu nutzen. carcinogenesis. Thus, we found that 1-sul- im Harn ausgeschieden wird. Der Organis- foxymethylpyrene (a reactive metabolite of a ubiquitous polycyclic hydrocarbon) is mus ist nicht nur in der Lage, Primärschäden Technische Mitarbeiterinnen formed in the rat almost exclusively in liver, zu reparieren, sondern ist auch bereits Sabine Braune but causes the highest level of DNA gegenüber den reaktiven Substanzen nicht Christine Gumz adducts in kidneys. The effect could be wehrlos. Ein Großteil der Moleküle wird aktiv Andrea Katschak attributed to a rapid vectorial transport of abgefangen, bevor sie Schaden anrichten Brigitte Knuth the metabolite. können. Besonders häufig ist eine Detoxifi- Elisabeth Meyer The demonstration of adducts in tissues zierung durch Konjugation mit Glutathion, Martina Scholtyssek requires invasive methods. A large propor- gefolgt von einer Ausscheidung als Jutta Schwenk tion of the adducts is eliminated within days by repair. Although the fate of the excised modified DNA structures is not well known, they could prove valuable as markers for early damage if excreted in urine. Indeed, we were able to demonstrate that some of the repaired 1-sulfoxymethyl- pyrene-DNA adducts in the rat are excreted as nucleoside adducts. Furthermore, the organism not only has repair systems but also is already capable of defending itself against reactive metabolites. A major portion of a reactive intermediate is actively scavenged, quite often detoxified by conjugation with glutathione followed by excretion as a mercapturic acid. Indeed, the amount of urinary methylpyrenyl mercapturic acid correlated with the primary damage in tissues in the rat experiment just mentioned. It is our goal to utilize such urinary biomarkers for exposure to reactive intermediates together with parameters of susceptibility (genotype, in vivo enzyme activity) in human studies. 41

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/Original Papers Schwonbeck, S., Krause-Griep, A., Gajovic- BioProfil Nutrigenomik: Humanisierte Arlt, V.M., Glatt, H.R., Muckel, E., Pabel, U., Eichelmann, N., Ehrentreich-Förster, E., Meinl, Mausmodelle für fremdstoffmetabolisie- Sorg, B.L., Seidel, A., Frank, H., Schmeiser, H.H., W., Glatt, H., Bier, F.F.: Cohort analysis of a rende Enzyme Phillips, D.H.: Activation of 3-nitrobenzan- single nucleotide polymorphism on DNA Finanzierung: BMBF throne and its metabolites by human acetyl- chips. Biosens. Bioelectron. 20, 956-966 (2004). Laufzeit: 01.04.2003–31.03.2006 transferases, sulfotransferases and cytochrome P450 expressed in Chinese ham- Tiemersma, E.W., Bunschoten, A., Kok, F.J., BioProfil Nutrigenomik: DNA Addukte zur ster V79 cells. Int. J. Cancer 105, 583-592 Glatt, H.R., de Boer, S.Y., Kampman, E.: Effect Beurteilung der Sicherheit konventioneller und neuartiger Lebensmittel (2003). of SULT1A1 and NAT2 genetic polymorphism Finanzierung: BMBF on the association between cigarette smok- Laufzeit: 01.09.2003–31.08.2006 Glatt, H., Meinl, W.: Use of genetically ing and colorectal adenomas. Int. J. Cancer manipulated Salmonella typhimurium strains 108, 97-103 (2004). HC Amines: Heterocyclic amines in cooked to evaluate the role of sulfotransferases and food – role in human health acetyltransferases in nitrofen mutagenicity. Tiemersma, E.W., Voskuil, D.W., Bunschoten, Finanzierung: EU Carcinogenesis 25, 779-786 (2004). A., Hogendoorn, E.A., Witteman, B.J., Laufzeit: 01.02.2000–31.05.2003 Nagengast, F.M., Glatt, H.R., Kok, F.J., Glatt, H., Pabel, U., Meinl, W., Frederiksen, H., Kampman, E.: Risk of colorectal adenomas in HEATOX (STREP): Genotoxicity of the Frandsen, H., Muckel, E.: Bioactivation of the relation to meat consumption, meat prepara- Maillard product 5-hydroxymethylfurfural heterocyclic aromatic amine 2-amino-3- tion, and genetic susceptibility in a Dutch (im Hauptantrag: Health risk from heat methyl-9H-pyrido [2,3-b]indole (MeAαC) in population. Cancer Causes Control 15, 225- treated foods and food products) recombinant test systems expressing human 236 (2004). Finanzierung: EU xenobiotic-metabolizing enzymes. Laufzeit: 01.11.2003–31.10.2006 Carcinogenesis 25, 801-807 (2004). Übersichtsarbeiten/Reviews Glatt, H.R.: Genetische Polymorphismen und Sulfotransferase-mediated activation of Glatt, H.R., Schneider, H., Liu, Y.G.: V79-hCYP2E1- Suszeptibilität gegenüber der kanzerogenen alkylated and alkano-bridged polycyclic hSULT1A1, a cell line for the sensitive Wirkung polycyclischer aromatischer Ver- aromatic hydrocarbons present in tobacco detection of genotoxic effects induced by bindungen: Grundlagen. In: Jacob, J., Greim, smoke, and its modulation by alcohol and carbohydrate pyrolysis products and other H. (eds.) Deutsche Forschungsgemeinschaft: drugs food-borne chemicals. Mutation Res. – Polycyclische aromatische Kohlenwasser- Finanzierung: Philip Morris External Research Program Special Issue on Acrylamide, in press. stoffe – Forschungsbericht. Wiley-VCH Verlag, Laufzeit: 01.04.2003–31.03.2006 Weinheim, 148-182 (2004). Liu, Y., Muckel, E., Doehmer, J., Glatt, H.R.: Untersuchung des Einflusses von Östrogen- Phenol and hydroquinone induce gene muta- Glatt, H.R., Meinl, W.: Pharmacogenetics of Sulfamaten auf die Konjugation von tions in V79-derived cells expressing human soluble sulfotransferases (SULTs). Naunyn- Östradiol durch die verschiedenen Formen xenobiotic-metabolising enzymes. Nova Acta Schmiedeberg’s Arch. Pharmacol. 369, 55-68 der humanen Sulfotransferasen Leopoldina NF87 329, 231-237 (2003). (2004). Finanzierung: Jenapharm Laufzeit: 01.05.2002–30.06.2003 Ma, L., Kuhlow, A., Glatt, H.R.: Albumin Buchbeiträge/Book Articles strongly prolongs the lifespan of chemically Meinl, W., Glatt, H.R.: Sulphotransferase 1A1 reactive sulphuric acid esters and affects and 1A2 (genotyping). In: Angerer, J., Müller, their biological activities in the rat. Nova Acta M., Weiss, T. (eds.) DFG – Deutsche For- Leopoldina NF87 329, 265-272 (2003). schungsgemeinschaft: Analyses of Hazardous Substances in Biological Moreno, V., Glatt, H.R., Guino, E., Fisher, E., Materials, Vol. 9: Special Issue: Marker of Meinl, W., Navarro, M., Badosa, J.M., Boeing, Susceptibility. Wiley-VCH Verlag, Weinheim, H.: Polymorphisms in sulfotransferases 241-263 (2004). SULT1A1 and SULT1A2 are not related to colorectal cancer. Int. J. Cancer, 113, 683-686 (2005).

Schneider, H., Glatt, H.R.: Sulfo conjugation of ethanol in humans in vivo and by individual sulfotransferase forms in vitro. Biochem. J. 383, 543-549 (2004).

Schneider, H., Ma, L., Glatt, H.R.: Extraction- less method for the determination of urinary caffeine metabolites using high-performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. J. Chromatogr. B 789, 227-237 (2003). Abteilung Gastrointestinale Mikrobiologie 42 Leitung: Prof. Dr. Michael Blaut

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

Summary In addition to nutrients, our Zusammenfassung Lebensmittel enthalten Kultivierungsunabhängige Erfassung von food contains non-nutritive secondary außer Nährstoffen komplexe Kohlenhydrate Darmbakterien und Einflüsse auf die plant metabolites and dietary fiber. We lack (Ballaststoffe) und nicht-nutritive sekundäre Zusammensetzung der Darmflora the enzymatic ability to degrade many of Pflanzeninhaltsstoffe, die im Dünndarm auf Ralph Thiel, Pawel Namsolleck, Ruchika Mohan, these compounds; thus they are only partly Grund des Fehlens entsprechender Wirts- Nicole Reichardt, Susanne Müller broken down and cannot be fully reab- enzyme nicht oder nur unvollständig auf- sorbed. Most of these substances are then geschlossen bzw. resorbiert werden. Die Um die Rolle der Darmflora bei physiologi- metabolized by bacteria in the colon. This meisten dieser Stoffe unterliegen vor allem schen und pathophysiologischen Prozessen leads to the formation of products that im Dickdarm einer Metabolisierung durch aufklären zu können, ist es notwendig, die may benefit the host. However, in some Mikroorganismen. Dieser Prozess führt zur Kenntnisse über die Vielfalt der Mikroorga- cases, the metabolites may have unfavor- Bildung von Substanzen, die günstige oder nismen zu erweitern und über Methoden zu able effects on cellular processes. This aber auch ungünstige Effekte auf zelluläre verfügen, mit denen diese kultivierungs- means that the emergence or progress of Prozesse des Wirtes ausüben können, so dass unabhängig erfasst werden können. Auf der certain diseases could be suppressed or Krankheiten in ihrer Entstehung oder in Grundlage 16S ribosomaler RNA-Sequenzen favored. Both colon cancer and inflamma- ihrem Verlauf unterdrückt oder begünstigt erweiterten wir in Kooperation mit europäi- tory bowel disease are illnesses thought to werden können. Kolonkrebs und entzünd- schen Partnern maßgeblich das Spektrum be closely associated with the intestinal liche Darmerkrankungen gehören u.a. zu den verfügbarer Oligonukleotidsonden, die zur microbiota. Our department aims to eluci- Erkrankungen, die mit der Darmflora in Ver- Identifizierung von Darmbakterien mittels date the effect of diet on the development, bindung gebracht werden. Ziel der Abteilung Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung dienen. composition, and activity of the intestinal ist es, den Einfluss der Ernährung auf die Um die Anwendung dieser Technik zu ver- microbiota and, furthermore, to define in Entwicklung, Zusammensetzung und Akti- einfachen, entwickelten wir ferner ein Com- detail the role of intestinal bacteria in the vität der Darmflora zu untersuchen und fer- puter-gestütztes mikroskopisches System zur pathogenesis and prevention of colon can- ner die Rolle der Darmbakterien bei der automatischen Bakterienerkennung und cer. Therefore, the department has devel- Pathogenese bzw. Prävention von Kolonkrebs -zählung. Bis auf die manuelle Fokussierung oped different methods for the culture- genauer zu definieren. Die Abteilung hat aus des Mikroskops zu Beginn der Analyse ist independent detection of intestinal bacte- diesem Grund verschiedene Methoden zur kein weiterer Eingriff in die automatische ria and, in addition, has studied the bacter- kultivierungsunabhängigen Erfassung von Zählung erforderlich. Das entwickelte ial conversion of non-nutritive food compo- Darmbakterien entwickelt. Zudem hat sie die Steuerungsprogramm folgt dabei dem in nents, e.g., arbutin, into in part mutagenic bakterielle Umwandlung von nicht-nutritiven Abbildung ᭿1 dargestellten Schema. Die compounds in vitro and in the animal Lebensmittelinhaltsstoffen, wie z.B. Arbutin, Auswertung der Bilder erfolgt mittels einer model. in zum Teil mutagene Substanzen in vitro 3-Wege-Analyse, die sicherstellt, dass alle und am Tiermodell untersucht. gezählten Objekte sowohl mit 4’,6-Diami- dino-2-phenylindol (DAPI) markierte DNA Cultivation-independent methods to assess enthalten als auch eine rRNA-Zielsequenz, the intestinal microbiota and influences on die mittels spezifischer Indocarbocyanin-3 its composition (Cy3)-markierter Oligonukleotidsonden Improved knowledge on the diversity of the intestinal microbiota and the possibility to use cultivation-independent methods for its characterization is a prerequisite to fur- Focus Start 52 61 ther elucidate its role in physiological and manually 21 26 pathophysiological processes. In coopera- 10 1 tion with European partners, the spectrum 3 of 16S rRNA sequence-based oligonu- Move to 8 x 17 13 cleotide probes, which can be used to iden- well tify intestinal bacteria by means of fluores- 36 cent in situ hybridization, was extended considerably. In order to simplify the use of Move to 8 x End this method, a computer-based microscopy well system that can identify and enumerate bacteria automatically was developed at Next Image Restore 61 x DIfE. Apart from the initial focusing of the position analysis microscope prior to the analysis, no further focus input is required from the operator. The no Determine yes Quality autofocus Auto First image Second image ᭿1 Automated identification and enumeration check offset focus capture capture of fluorescently labeled bacteria in stool samples. The diagram shows the sequence of the programed analysis steps and the decision points in the program. ᭿1 Automatische Erkennung und Auszählung von fluoreszenzmarkierten Bakterien in Stuhlproben. Das The line in the circle shows the programed path Diagramm zeigt den Verlauf der programmierten Arbeitsschritte sowie die Entscheidungspunkte im Pro- of the objective passing through 61 positions in gammablauf. Im Kreis ist der Pfad des Objektivs zu 61 festgelegten Positionen in einem runden Objekt- a slide well. The distance between two neighbor- trägerfeld dargestellt, an denen ein Bild aufgenommen wird. Der Abstand zwischen zwei benachbarten ing positions is 500 µm. Positionen beträgt 500 µm. 43

mensetzung der Darmflora auswirken. In den ᭿2 Relative proportion of bifidobacteria relative 8 to total bacteria in the feces of human subjects P < 0.001 vier europäischen Studienzentren, Stock- holm, Potsdam, Paris und Camerino (Italien), from four European countries. 7 wurden insgesamt 240 Studienteilnehmer im Alter von 25 bis 45 Jahren bzw. über 65 program follows the scheme depicted in 6 Jahren rekrutiert, von denen Daten zum Figure ᭿1 . The images are interpreted using Lebensmittelverzehr sowie bakterielle und a three-way analysis routine, which ensures 5 biochemische Parameter erhoben wurden. that all enumerated objects contain 4’,6- 4 Die noch nicht abgeschlossene Studie führen diamidino-2-phenylindol (DAPI)-stained wir in enger Zusammenarbeit mit der Ab- DNA, as well as the desired rRNA sequence, 3 teilung Interventionsstudien (IVS) des DIfE which is recognized by the specific indocar- durch. Erste Analysen mit 15 spezies- bzw. bocyanin-3 (Cy3)-labeled oligonucleotide 2 gruppenspezifischen Sonden zeigen länder- probe. Hence, artefacts that appear in just spezifische Unterschiede in der Bakterien- one color channel are omitted from enu- 1 besiedlung des Darmes. Von besonderem meration. B ifidobac teria [% of total bac teria] Interesse ist die Beobachtung, dass der rela- Flow cytometry, a further method to iden- 0 tive Anteil an Bifidobakterien in der italieni- tify fluorescently-labeled bacteria, is also schen Studiengruppe deutlich höher lag als established at DIfE. Currently this method Italy der in den anderen Studiengruppen (Abb. ᭿2 ). is being employed in an ongoing EU-funded France (n=58) (n=48) (n=59) (n=55) Germany Sweden Dieser Befund wird im Zusammenhang mit study, in which we collaborate with the einer erhöhten Zufuhr von wasserlöslichen Department of Intervention Studies (IVS). ᭿2 Relativer Anteil von Bifidobakterien an der Ballaststoffen diskutiert, die möglicherweise The aim of this study is to find out whether Darmflora gesunder Probanden aus vier europäi- noch einen weiteren Parameter, nämlich die and possibly how dietary habits, age, and schen Ländern. Konzentration kurzkettiger Fettsäuren, beein- cultural affiliation affect the composition of flusst. the intestinal microbiota. Altogether 240 erkannt wird. Artefakte, die nur in einem participants between the age of 25 and 45 Farbkanal sichtbar sind, werden auf diese and/or over 65 were recruited in four Bakterielle Transformation von Weise ignoriert. European study centers, namely Stockholm, Lebensmittelinhaltsstoffen Alternativ zur mikroskopischen Bestimmungs- Potsdam, Paris, and Camerino (Italy). Data Thomas Clavel, Laura Hoschek, Annett Braune technik etablierten wir eine Methode zur fluss- on dietary, biochemical, and bacteriological zytometrischen Identifizierung fluoreszenz- Einigen nicht-nutritiven Lebensmittelinhalts- factors were obtained. Preliminary analyses markierter Darmbakterien. Diese wurde in stoffen pflanzlichen Ursprungs wird eine prä- of the data obtained with 15 group- and einer von der EU geförderten Studie einge- ventive Wirkung gegenüber Krebs und ande- species-specific probes show country-spe- setzt, um herauszufinden, ob und ggf. wie ren Erkrankungen zugesprochen. Um die zu cific differences in the bacterial coloniza- sich Ernährungsgewohnheiten, Lebensalter Grunde liegenden Wirkmechanismen besser tion of the intestine. It is of particular inter- und kulturelle Zugehörigkeit auf die Zusam- zu verstehen, ist es notwendig, die Bioverfüg- est that the relative proportion of bifidobacteria is much higher in the Italian study group than in any other study group (Fig. ᭿2 ). This finding is being discussed H3C O HO OH OH with regard to an increased consumption OH OH of water-soluble fiber, which in itself may HO HO influence a further parameter – the concentration of short-chain fatty acids.

O CH OH 3 Bacterial transformation of food 1 µm OH OH components Secoisolarici- Positive effects related to the prevention of resinol cancer and other diseases are associated with several non-nutritive food components of plant origin. Knowledge of their 1 µm bioavailability is required in order to better HO OH understand mechanisms that underlie OH these effects. For this purpose, bacterial conversions must be taken into account. They can inactivate active food components and also convert inactive precursor compounds into biologically active ones. Our OH

Enterodiol ᭿3 Activation of the plant lignan secoisolariciresinol to the mammalian lignan enterodiol by ᭿3 Aktivierung des Planzenlignans Secoisolariciresinol zum Säugetierlignan Enterodiol durch zwei two bacterial species isolated from the human Bakterienspezies, die aus dem humanen Intestinaltrakt isoliert wurden. intestinal tract. 44

᭿4 Degradation of arbutin to hydroquinone (HQ) by human intestinal bacteria. (A) Time 3.0 course of hydroquinone formation from arbutin as catalyzed by a human fecal slurry. (B) Arbutin 2.5 breakdown by fecal slurries from nine human subjects. 2.0 main interest lies in the transformation of 1.5 Arbutin polyphenolic food compounds: Which 1.0 HQ intermediates and end-products are

formed during transformation? Which bac- [mM] Concentration 0.5 teria are involved and what is their numeri- cal importance? Flavonoids and lignans are 0.0 the main focus of our research. The lignan 0 244872 secoisolariciresinol (SECO), found in rye and Time [h] A linseed, shows no biological activity as such. Bacterial transformation to enterodiol and enterolactone in the gastrointestinal tract results in its activation. Enrichment 100 culture of human fecal samples allowed us 80 to isolate two Gram-positive bacteria that each catalyze a different step in this conver- 60 sion. The first isolate, a coccoid rod, was identified as Peptostreptococcus productus 40 by means of 16S rRNA gene sequencing. It % Arbutin is able to demethylate the methoxy groups 20 of SECO. The second isolate, a short thin 0 rod, dehydroxylates the product formed by 01234567892448 the first isolate. When both bacteria are cultured together, they can convert SECO to Time (h) B enterodiol (Fig. ᭿3 ). Bacteria involved in the conversion of enterodiol to enterolactone ᭿4 Abbau von Arbutin zu Hydrochinon (HQ) durch humane Darmbakterien. (A) Zeitlicher Verlauf der remain poorly described. In order to quan- Hydrochinonbildung aus Arbutin durch eine verdünnte Stuhlprobe. (B) Arbutinabbau durch verdünnte tify enterodiol- and enterolactone-produc- Stuhlproben von neun Probanden. ing bacteria, MPN (most probable number) experiments were carried out with the fecal barkeit dieser Inhaltsstoffe zu kennen. Durch den Methoxygruppen des SECO. Ein zweites, samples of 24 healthy test persons. On an Darmbakterien katalysierte Umwandlungen noch nicht identifiziertes Isolat, ein kurzes average, one gram of feces contained 109 sind hierbei unbedingt zu berücksichtigen. dünnes Stäbchen, katalysiert die Dehydro- enterodiol and 4.2 x 105 enterolactone pro- Prinzipiell kann es durch bakterielle Aktivität xylierung des durch den ersten Organismus ducers for each person. zur Inaktivierung bioaktiver Nahrungs- gebildeten Produktes. Werden beide Isolate komponenten oder zur Aktivierung von zusammen kultiviert, so setzen sie SECO bis Vorstufen bioaktiver Verbindungen kommen. zum Enterodiol um (Abb. ᭿3 ). Welche Bakte- Intestinal bacteria and cancer Wir interessieren uns dafür, welche Bakterien rien an der Umwandlung von Enterodiol zu Intestinal bacteria significantly contribute an der Transformation polyphenolischer Enterolacton beteiligt sind, ist bislang nicht to the conversion of food components in Nahrungsmittelkomponenten beteiligt sind, bekannt. Zur Quantifizierung Enterodiol- the gastrointestinal tract. Bacterial catalysis welche Intermediate und Produkte im Zuge bzw. Enterolacton-bildender Bakterien führ- in the intestine may result in the formation der Transformation gebildet werden und wel- ten wir MPN (most probable number)- of genotoxic substances, which in turn may che zahlenmäßige Bedeutung die beteiligten Experimente an Stuhlproben von 24 gesun- induce cancerogenesis. On the other hand, Bakterien im Darm des Menschen haben. Im den Erwachsenen durch. Im Mittel wies jeder bacteria also produce protective substances Mittelpunkt unseres Interesses stehen Proband etwa 109 Enterodiol-Produzenten that may help prevent cancer formation. Flavonoide und Lignane. Das in Roggen und und 4,2 x 105 Enterolacton-Produzenten pro We investigated the bacterial formation of Leinsamen vorkommende Lignan Secoisol- Gramm Stuhl auf. the mutagenic substance hydroquinone ariciresinol (SECO) weist in seiner ursprüng- from arbutin. Arbutin (hydroquinone-␤-D- lichen Form keine biologische Aktvitität auf. glucopyranoside) occurs in many food- Erst im Gastrointestinaltrakt wird es durch Darmbakterien und Krebs stuffs, especially in pears. Here, concentra- bakterielle Transformation zu Enterodiol und Sandra Wunderlich, Silke Sczesny, Gemma Henderson, Carl Alpert tions can reach up to 4.8 mg per portion. Enterolacton aktiviert. Durch Anreicherung Preliminary investigations showed that gelang es uns, aus humanen Stuhlproben Darmbakterien tragen erheblich zur Meta- arbutin is not hydrolyzed by synthetic gas- zwei Gram-positive Bakterienspezies zu iso- bolisierung von Nahrungskomponenten im tric juice. Therefore, we can assume that lieren, die jeweils Teilschritte dieser Um- Gastrointestinaltrakt bei. Durch bakterielle arbutin reaches the small intestine after wandlung katalysieren. Ein coccoides Katalyse kann es im Darm zur Bildung von oral intake. Fermentation experiments with Stäbchen, das wir mittels 16S rRNA-Gen- genotoxischen Substanzen kommen, die diluted fecal samples, to which 2 mM Sequenzierung als Peptostreptococcus pro- potentiell Krebs auslösen können. Umge- arbutin was added, showed that hydro- ductus identifizierten, demethyliert die bei- kehrt können Bakterien zur Bildung von pro- 45

tektiven Substanzen beitragen, die der Krebs- für die in vivo-Untersuchung von krebs- quinone was quantitatively formed within bildung entgegenwirken. Wir haben die bak- relevanten katalytischen Aktivitäten eignet. a 24 h incubation period (Fig. ᭿4 a). All stools terielle Bildung der mutagenen Substanz Dazu assoziierten wir zwölf keimfreie Ratten from nine human subjects catalyzed the Hydrochinon aus Arbutin (Hydrochinon-␤-D- mit intestinalen Bakterien eines humanen degradation of arbutin (Fig. ᭿4 b). This sug- glucopyranosid) untersucht. Arbutin kommt Donors. Anschließend verfolgten wir die gests that intestinal bacteria capable of in einer Reihe von Lebensmitteln vor. Ins- weitere Entwicklung der bakteriellen Lebens- arbutin breakdown are widespread among besondere Birnen können hohe Arbutin-Kon- gemeinschaft im Darm dieser Tiere über humans. Hydroquinone, which is muta- zentrationen von bis zu 4,8 mg pro Portion einen Zeitraum von bis zu zwölf Monaten. genic in concentrations as low as 4 µM, was enthalten. Voruntersuchungen zeigten, dass Hierfür untersuchten wir die dominanten not further degraded. As a result, we can Arbutin durch synthetischen Magensaft Bakterienpopulationen der Fäzes mit Hilfe conclude that intestinal bacteria contribute nicht hydrolysiert wird, so dass davon auszu- einer molekularen Analysemethode (Poly- to the release of potentially carcinogenic gehen ist, dass Arbutin bei oraler Aufnahme merase-Kettenreaktion gekoppelt mit de- substances from food components. Next, in den Dünndarm gelangt. Fermentations- naturierender Gradientengelelektrophorese, we will investigate the in vivo metabolism experimente, in denen verdünnte Stuhl- PCR-DGGE). Die so erstellten Populations- of arbutin in a gnotobiotic rat model in col- proben eingesetzt wurden, zeigten, dass aus profile verglichen wir mit denen des huma- laboration with the Department of 2 mM Arbutin innerhalb von 24 h quantitativ nen Donors bzw. mit den Profilen von sechs Nutritional Toxicology (ETOX). Since there Hydrochinon freigesetzt wird (Abb. ᭿4 a). Alle Ratten mit konventioneller Rattenflora. Die are considerable differences between Stuhlproben von insgesamt neun untersuch- Populationsprofile der HFA-Ratten zeigten human and rat microbiota, we first had to ten Probanden katalysierten den Abbau von eine erheblich größere Ähnlichkeit zu den ascertain whether the human-flora-associ- Arbutin (Abb. ᭿4 b), was den Schluss nahe Profilen des humanen Donors (Ähnlichkeits- ated (HFA) rat model is suitable for the in legt, dass Bakterien mit der Fähigkeit zum koeffizient Cs = 62 – 95%) als zu den Profilen vivo examination of cancer-associated cat- Arbutinabbau generell im humanen Darm der konventionellen Ratten (Cs = 21 – 43%). alytic activities. For this purpose, 12 vorkommen. Hydrochinon, das bereits in Diese Ergebnisse zeigen, dass die HFA-Ratte germfree rats were associated with the einer Konzentration von 4 µM mutagen ist, ein nützliches in vivo-Modell darstellt, an intestinal flora of a human donor. For a wurde jedoch nicht weiter umgesetzt. Somit dem sich die Rolle der humanen Darmflora period of 12 months, the development of tragen Darmbakterien zur Freisetzung einer bei der Aktivierung nahrungsrelevanter geno- the dominant bacterial populations in potenziell karzinogenen Substanz aus Lebens- toxischer bzw. bei der Bildung nahrungsrele- these HFA rats was analyzed by means of a mittelinhaltsstoffen bei. In Zusammenarbeit vanter protektiver Substanzen besonders gut molecular method (Polymerase Chain mit der Abteilung Ernährungstoxikologie untersuchen lässt. Reaction-Denaturing Gradient Gel (ETOX) wollen wir nun durch Experimente an Electrophoresis, PCR-DGGE) and compared gnotobiotischen Ratten klären, wie Arbutin with that of the human donor, and with unter in vivo-Bedingungen metabolisiert Technische Mitarbeiterinnen that of six conventional rats. The popula- wird. Da sich die Darmflora von Mensch und Sabine Schmidt tion profiles of the HFA rats showed a Ratte erheblich unterscheidet, prüften wir Bärbel Gruhl much higher similarity to those of the zunächst, ob sich das Modell der Human- Sabine Zimmermann donor (similarity coefficient Cs = 62 – 95 %) flora-assoziierten (HFA-) Ratte prinzipiell Anke Gühler than to those of conventional rats (Cs = 21 – 43 %). These investigations showed that the HFA rat represents a useful in vivo model that is particularly suitable for the investigation of the role of the human intestinal flora in the activation of food- associated genotoxic and/or protective substances. 46

Drittmittelprojekte Ausgewählte Publikationen External Funding Selected Publications

Teilprojekt A7 im SFB 633: Induktion und Originalarbeiten/Original Papers Übersichtsarbeiten/Reviews Modulation T-zellvermittelter Immun- Akkar, A., Namsolleck, P., Blaut, M., Müller, Namsolleck, P., Thiel, R., Lawson, P., Holm- reaktionen im Gastrointestinaltrakt R.H.: Solubilizing poorly soluble antimycotic strøm, K., Rajilic, M., Vaughan, E.E., Rigottier- Finanzierung: DFG agents by emulsification via a solvent-free Gois, L., Collins, M.D., de Vos, W.M., Blaut, M.: Laufzeit: 01.07.2003–30.06.2006 process. AAPS Pharm. Sci. Tech. 5, Article 24 Molecular methods for the analysis of gut (2004). microbiota. Microbial. Ecol. Health. Dis. 16, The influence of human gut bacteria on (http://www.aapspharmscitech.org) 71-85 (2004). bioavailabilty Finanzierung: DFG Blaut, M., Schoefer, L., Braune, A.: Trans- Buchbeiträge/Book Articles Laufzeit: 01.05.2003–30.04.2005 formation of flavonoids by intestinal micro- Blaut, M.: Analysing gut microbiota. In: organisms. Int. J. Vitam. Res. 73, 79-87 (2003). Remacle, C., Reusens, B. (eds.) Functional BioProfil Nutrigenomik: Tumorprophylak- Foods, ageing, and degenerative disease. tische Nahrungsergänzungszusätze auf der Herles, C., Braune, A., Blaut, M.: First bacterial Woodhead Publishing, Cambridge, 325-348 Basis von Mikroorganismen des humanen chalcone isomerase isolated from Eubacterium (2004). Darmsystems ramulus. Arch. Microbiol. 181, 428-434 (2004). Finanzierung: BMBF Schwiertz, A., Blaut, M.: Molecular Laufzeit: 01.01.2004–31.12.2006 Hold, G.L., Schwiertz, A., Aminov, R.I., Blaut, approaches in the study of gut microecology. M., Flint, H.J.: Oligonucleotide probes that In: Holzapfel, W., Naughton, P.J. (eds.) MICROBE DIAGNOSTICS: Development and detect quantitatively significant groups of Microbial ecology of the growing animal, application of high throughput molecular butyrate-producing bacteria in human feces. Elsevier, Amsterdam in press. methods for studying the human gut Appl. Environ. Microbiol. 69, 4320-4324 microbiota in relation to diet and health (2003). Sonstige/Others (Koordination) Zunft, H.J., Hanisch, C., Müller, S., Koebnick, C., Finanzierung: EU Kleessen, B., Hartmann, L., Blaut, M.: Fructans Blaut, M., Dore, J.: Symbiotic containing Laufzeit: 01.02.2001–31.01.2005 in the diet cause alterations of intestinal Bifidobacterium animalis and inulin increases mucosal architecture, released mucins and stool frequency in elderly healthy people. CROWNALIFE: Functional Food, Gut mucosa-associated bifidobacteria in gnoto- Asia Pac. J. Clin. Nutr. 13 (Suppl.), S112 (2004). Microflora and Healthy Ageing biotic rats. Br. J. Nutr. 89, 597-606 (2003). Finanzierung: EU Laufzeit: 01.02.2001–31.10.2004 Schoefer, L., Braune, A., Blaut, M.: Cloning and expression of a phloretin hydrolase gene Untersuchung der mikrobiellen Abbaubar- from Eubacterium ramulus and characteriza- keit höhermolekularer Kaffeemelanoidine tion of the recombinant enzyme. Appl. Finanzierung: AiF (FEI) Environ. Microbiol. 70, 6131-6137 (2004). Laufzeit: 01.11.2004–31.10.2006 Schoefer, L., Mohan, R., Schwiertz, A., Braune, Untersuchung der interventionellen A., Blaut, M.: Anaerobic degradation of Primärbesiedlung des Gastroenterons bei flavonoids by Clostridium orbiscindens. Appl. Frühgeborenen unter Intervention mit Environ. Microbiol. 69, 5849-5854 (2003). Bifidobacterium lactis, Stamm Bb12 Finanzierung: Nestlé Nutrition GmbH Schwiertz, A., Gruhl, B., Löbnitz, M., Michel, P., Laufzeit: 01.09.2003–31.12.2004 Radke, M., Blaut, M.: Development of the intestinal bacterial composition in hospitali- zed preterm infants in comparison with breast-fed, full-term infants. Pediatr. Res. 54, 393-399 (2003). Abteilung Biochemie der Mikronährstoffe Leitung: Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohé 47

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

Zusammenfassung Reaktive Sauerstoffver- Die Abteilung hat sich zum Ziel gesetzt, die Summary Reactive oxygen species have bindungen galten lange Zeit als Verursacher molekularen Mechanismen aufzuklären, über long been considered to play a significant von z.B. Atherosklerose oder Krebs, also welche redox-aktive Mikronährstoffe zur role in the pathogenesis of several diseases, Krankheiten, für die eine präventive Wirkung Prävention von Atherosklerose, inflammatori- including atherosclerosis and cancer, dis- der Ernährung vermutet wird. Demzufolge schen oder neoplastischen Erkrankungen bei- eases in which nutrition may play a preven- wurden verstärkt „antioxidative“ Mikronähr- tragen. In diesem Zusammenhang haben wir tive role. Therefore, “antioxidant” micronu- stoffe wie Vitamin E und Selen, ein essentiel- die gen-, aber auch die redoxregulatorischen trients such as vitamin E and selenium ler Bestandteil von Selenoproteinen, in zahl- Effekte verschiedener Mikronährstoffe auf have been clinically tested for their preven- reichen Studien auf ihre protektive Wirkung Enzyme und Signaltransduktionswege unter- tive potential. The results were often not getestet. Die Ergebnisse waren nicht über- sucht. Weitere Schwerpunkte unserer Arbeit convincing. It was slowly recognized that zeugend und langsam wird deutlich, dass waren die Aufklärung des Metabolismus und reactive oxygen species have essential auch reaktive Sauerstoffverbindungen die Charakterisierung der genregulatorischen physiological functions and that not all lebenswichtige Funktionen haben, die man Funktion von Vitamin E. effects of vitamin E and selenium are based nicht ausschalten sollte, und dass nicht alle on their “antioxidant” properties. Redox- Effekte der genannten Mikronährstoffe aus- active micronutrients as well as flavonoids, schließlich auf ihre „antioxidativen“ Eigen- Selenoproteine isothiocyanates such as sulforaphane, cur- schaften zurückzuführen sind. Redox-aktive Antje Banning, Kathrin Müller-Schmehl, cumin, or organosulfur compounds, may Kerstin Schnurr, Zewen Zhou Mikronährstoffe sowie Flavonoide, Isothio- act pro- or antioxidative, depending on cyanate wie Sulforaphan, Curcumin oder Das menschliche Selenoproteom enthält 25 their reaction partners. They alter the cellu- organische Schwefelverbindungen, können je Selenoproteine, wobei von längst nicht allen lar redox balance, which can have severe nach Reaktionspartner pro- oder antioxidativ die Funktion bekannt ist. Fünf der Seleno- consequences for the organism. Signal- wirken. Sie beeinflussen das zelluläre Redox- proteine sind Glutathionperoxidasen (GPx). transduction pathways of inflammatory gleichgewicht, was gravierende Konsequen- Alle reduzieren mit Hilfe von Glutathion processes, which play a role in atherosclero- zen für den Organismus haben kann. Als Hydroperoxide zu den entsprechenden sis and in cancer, have proved to be espe- besonders redox-sensibel haben sich Signal- Alkoholen und werden deshalb vereinfacht cially redox-sensitive. Expression of many transduktionswege inflammatorischer als „antioxidative“ Enzyme bezeichnet. Dies genes is redox-regulated as well. Prozesse erwiesen, die sowohl bei athero- wird den Glutathionperoxidasen nicht ge- The aim of the department is to elucidate sklerotischen als auch bei Krebserkrankungen recht. Lediglich die GPx1 (klassische oder molecular mechanisms by which redox- eine Rolle spielen. Auch die Expression vieler cytosolische GPx, cGPx) hat eindeutig anti- active micronutrients might help to prevent Gene ist redox-reguliert. oxidative Funktionen. Die GPx2 (gastro- atherosclerotic, inflammatory, or neoplastic diseases. In this connection, we have studied gene- and redox-regulatory effects of A various dietary antioxidants on enzymatic -2100 -442 -133 and signaling pathways. Further focal +1 Position der AREs im points were the metabolism of vitamin E ARE ARE GI-GPx Promotor and the characterization of its gene- gccctctca gctaagtca regulatory functions.

B Selenoproteins 8.0 The human selenoproteome comprises 7.0 25 selenoproteins, most without a defined function. Five of these are glutathione per- 6.0 oxidases (GPx). All of them reduce 5.0 hydroperoxides to the corresponding alco- 4.0 hols by means of glutathione and are thus called “antioxidative” enzymes. This does 3.0 not do justice to the GPxs. Only GPx1 2.0 (classical GPx, cGPx) clearly has antioxidant 1.0 functions. GPx2 (gastrointestinal GPx, GI- Relative Luciferaseaktivität GPx) may act as a barrier against hydro- 0.0 peroxide absorption, which does not com- + + + + + + GI1 pletely describe its biological role. GPx3 is + + + + + Nrf2 10 25 50 150 Keap1 [ng] ᭿1 Identification of GI-GPx as target for Nrf2. (A) The GI-GPx promoter contains 2 Nrf2 sites ᭿1 Identifizierung der GI-GPx als Zielgen für Nrf2. (ARE’s). The 3’ ARE consists of an exact consensus (A) Der GI-GPx-Promotor enthält 2 Nrf2-Bindestellen (AREs), von denen die 3’-ständige eine exakte Kon- sequence, whereas the 5’ ARE has one mismatch sensus-Sequenz aufweist. In der zweiten Nrf2-Bindestelle befindet sich ein Basenaustausch (unterstrichen). (underlined). (B) Co-transfection of HepG2 cells (B) 2100 bp des GI-GPx-Promotors wurden vor ein Luciferase-Reportergen kloniert. HepG2-Zellen wurden with Nrf2 enhanced and with Keap1 inhibited mit dem resultierenden Konstrukt transfiziert (GI1). Co-Transfektion mit einem Nrf2-Expressionsplasmid the expression of a reporter gene driven by the aktivierte den Promoter 7-fach, zusätzliche Co-Transfektionen mit steigenden Konzentrationen eines 2100 bp fragment of the GI-GPx promoter. This Keap1-Expressionsplasmids hemmten den Nrf2-Effekt. Dies stimmt exakt mit dem postulierten Mecha- is in line with the proposed mechanism of an nismus einer Nrf2-vermittelten Genaktivierung überein. Nrf2-mediated gene expression. 48

᭿2 Inhibition of the IL-1 signaling pathway by curcumin A IRAK Western Blot B In vitro Kinase assay (A) Identification of the IRAK (IL-1 receptor- associated kinase) in an IL-1 receptor immuno- control 10 25 50 curcumin [µM] control 10 25 50 curcumin [µM] - + - + - + - + IL-1IL [5ng/ml; 5 min] - + - + - + - + ILIL1 [5ng/ml; 5 min] precipitate by Western blotting 5 min after stimulation with IL-1. Curcumin inhibited the IRAK IRAK recruitment of IRAK to the IL-1 receptor (concentration-dependent). p60 (B) Also, events following IRAK recruitment such as the phosphorylation of IRAK itself and an endogenous substrate (p60) were inhibited by curcumin in an in vitro kinase assay using the ᭿2 Hemmung des IL-1-Signalweges durch Curcumin IL-1 receptor immunoprecipitate and subsequent (A) Nachweis der IRAK in einem IL-1-Rezeptor Immunpräzipitat im Western Blot 5 min nach Stimulierung autoradiography of electrophoretically separated mit IL-1. Curcumin hemmte konzentrationsabhängig die Rekrutierung von IRAK an den Rezeptor. proteins. (B) Auch der Rekrutierung nachfolgende Ereignisse am IL-1 Rezeptor, wie die Phosphorylierung der IRAK selbst und die eines endogenen Substrats (p60), wurden konzentrationsabhängig von Curcumin ge- an extracellular enzyme, with poorly hemmt. Der Nachweis erfolgte durch eine in vitro Kinase-Reaktion am IL-1-Rezepor-Immunpräzipitat und defined functions. GPx4 (phospholipid anschließende Autoradiographie der gelelektrophoretisch getrennten Proteine. hydroperoxide GPx, PHGPx) forms the mitochondrial capsule of sperm cells by oxida- intestinale GPx, GI-GPx) wurde als Barriere der sonst als Gegenspieler betrachteten tive cross-linking to still unidentified part- für die Hydroperoxidabsorption bezeichnet, Enzyme kann mit der beobachteten Oxida- ners via SH-groups, explaining the impor- was auch nicht vollständig ihrer biologischen tion von Proteinthiolen in PHGPx- oder 15- tance of selenium in fertility. PHGPx has Bedeutung gerecht wird. Die GPx3 ist ein LOX-überexprimierenden Zellen erklärt wer- also been suggested to modify thiols in extrazelluläres Enzym mit ungeklärter Funk- den. Eine Modifikation von Thiolen in Keap1, other proteins. tion. Die GPx4 (Phospholipidhydroperoxid das Nrf2 bindet und so im Zytosol hält, ist Glutathionperoxidase, PHGPx) bildet mit noch Voraussetzung für eine Freisetzung von Nrf2 Glutathione peroxidases and atherosclerosis: unbekannten Reaktionspartnern durch oxi- und seiner Translokation in den Kern. Im Falle Expression of cell adhesion molecules dative Vernetzung von SH-Gruppen die mito- der PHGPx kann die Modifizierung von (CAM) and proliferation of smooth muscle chondriale Kapsel von Spermien, was die Be- Thiolen direkt, im Falle der 15-LOX indirekt cells (SMC) are early and key events in deutung von Selen in der Fertilität erklärt. Die über die Produktion von Hydroperoxiden atherogenesis. CAMs are induced by PHGPx soll auch Thiole anderer Proteine modi- erfolgen. Beide Enzyme verursachen somit cytokines and oxidants. Transcription-factor fizieren. Die Funktion der GPx6 (GPx5 ist kein auf unterschiedliche Weise einen moderaten systems that react to oxidation are, e.g., Selenoprotein) wurde noch nicht untersucht. oxidativen Stress, der Zellen offenbar refrak- the NF-␬B and the Keap1/Nrf2 system. tär für atherogene Stimuli macht. NF-␬B regulates the response to immune Glutathionperoxidasen und Atherosklerose stimuli and cell damage. The activation of Die Expression von zellulären Adhäsions- Glutathionperoxidasen und Krebs Nrf2 enhances the capacity to react to molekülen (CAM) und die Proliferation glatter Die GI-GPx ist in humanen Tumoren des oxidative or other forms of stress. Muskelzellen (SMC) sind frühe und zentrale Dickdarms hochreguliert. GPx1/GPx2 doppel To examine the role of glutathione per- Ereignisse in der Atherogenese. CAMs wer- knock-out Mäuse entwickeln Colitis und oxidases in atherogenesis, we over- den durch Cytokine oder oxidative Prozesse Mikroflora-assoziierte Tumore im Colon und expressed an antioxidant (PHGPx) and an induziert. Transkriptionsfaktorsysteme, die Dünndarm. Beide Befunde deuten auf eine oxidant (15-lipoxygenase, 15-LOX) enzyme auf Oxidation reagieren, sind z.B. das NF-␬B wichtige Funktion der GI-GPx bei inflamma- in rabbit aortic SMC and analyzed their und das Keap1/Nrf2 System. NF-␬B reguliert torischen Prozessen und bei der Krebs- influence on basal and IL-1-induced vascu- die Antwort auf Immunstimuli oder Zell- entstehung hin. Wie viele Gene, die für lar CAM (VCAM-1) expression. Surprisingly, schädigung, während eine Aktivierung von Proteine mit anti-kanzerogenem Potential both enzymes did not act oppositely, both Nrf2 die Kapazität der Zelle erhöht, auf oxi- kodieren, enthält der GI-GPx Promotor eine induced heme oxygenase-1 (HO-1), a proto- dativen oder anderen Stress zu reagieren. Nrf2-Bindungsstelle. Um ihre Funktionalität type of Nrf2-regulated enzymes. Both Um den Einfluss von Redoxprozessen auf die zu testen, haben wir den GI-GPx Promotor inhibited SMC proliferation and NF-␬B Entstehung von atherosklerotischen Erkran- vor ein Reportergen kloniert. Überexpression activation required for VCAM-1 expression, kungen zu untersuchen, haben wir SMC aus von Nrf2 induzierte das Reportergen, was effects which can also be exerted by HO-1. Kaninchenaorten mit einem „antioxidativen“ durch Co-Transfektion mit Keap1 konzentrati- The unidirectional effect of supposedly (PHGPx) bzw. mit einem „oxidativen“ onsabhängig verhindert wurde (Abb. ᭿1 ). antagonistic enzymes can be explained by (15-Lipoxygenase, 15-LOX) Enzym transfiziert Auch Sulforaphan, Curcumin und t-Butyl- the observed oxidation of protein thiols in und die Auswirkungen auf die basale und die hydrochinon, die zu den typischen Nrf2-Akti- cells overexpressing PHGPx or 15-LOX. Interleukin-1 (IL-1)-induzierte Expression des vatoren zählen, induzierten das Reportergen Modification of thiols in Keap1, which vaskulären CAM (VCAM-1) analysiert. Überra- sowie endogene GI-GPx. Die GI-GPx wurde sequesters Nrf2 in the cytosol, is required schenderweise verhielten sich die Enzyme somit als Zielgen für Nrf2 identifiziert. Ob die for the release of Nrf2 and its translocation nicht – wie erwartet – konträr. Beide Enzyme beobachtete anti-inflammatorische und/ into the nucleus. With PHGPx, a direct induzierten die Hämoxygenase-1 (HO-1), ein oder anti-kanzerogene Wirkung von Nrf2- modification of thiols may be possible, Enzym, das als Prototyp der Nrf2-regulierten Aktivatoren auf eine Induktion der GI-GPx whereas thiols can be oxidized by hydroper- Enzyme gilt. Zudem hemmten sie die Pro- zurückzuführen ist, soll nun an einem Maus- oxides produced by 15-LOX. Both enzymes liferation der SMC und die für die Expression modell, das gemeinsam mit den Abteilungen thus cause a moderate oxidative stress that von VCAM-1 unabdingbare Aktivierung von Ernährungstoxikologie (ETOX) und Gastro- obviously renders cells refractory for further NF-␬B, Effekte, die auch durch HO-1 erzielt intestinale Mikrobiologie (GAMI) entwickelt atherogenic stimuli. werden können. Der gleichgerichtete Effekt wird, untersucht werden. 49

Redoxregulation entzündlicher Prozesse Curcumin, blockierten Thiolgruppen in der Glutathione peroxidases and cancer: Gaby-Fleur Böl, Nadine Jurrmann IRAK und verhinderten so die Rekrutierung GI-GPx is enhanced in human colon cancer. von IRAK an den Rezeptor (Abb. ᭿2 ). Auch GPx1/GPx2 double-KO mice develop colitis Interleukin-1 (IL-1) spielt eine Schlüsselrolle nachfolgende Ereignisse wie die Aktivierung and microflora-associated tumors in colon im inflammatorischen Geschehen. Der IL-1- von NF-␬B oder die Induktion von Adhäsions- and small intestine pointing to a crucial Signaltransfer enthält Schritte, die mögli- molekülen waren gehemmt. Dies identifi- role of GI-GPx in the inflammatory cherweise redox-reguliert sind und soll auch zierte die Rekrutierung der IRAK als den response and in carcinogenesis in the gas- die Produktion von reaktiven Sauerstoffver- frühesten redox-regulierten Schritt im IL-1- trointestinal tract. The GI-GPx promoter bindungen beinhalten. Dies macht den IL-1- Signaltransfer, der ein wichtiges Ziel für contains an Nrf2 site as do many genes Signalweg zu einem idealen Modell, an dem redox-aktive Immunmodulatoren sein encoding for proteins with anticarcinogenic der molekulare Mechanismus von anti- könnte. potential. To test its functional activity, we inflammatorisch wirkenden Mikronähr- cloned the GI-GPx promoter in front of a stoffen untersucht werden kann. Wir haben reporter gene. Overexpression of Nrf2 solche Untersuchungen durchgeführt und Metabolismus und genregulatorische induced the reporter gene, which was pre- dabei auch einige der im Folgenden beschrie- Funktion von Vitamin E vented by co-transfection with Keap1 Christiane Bumke-Vogt, Paul Pfluger, Nico Landes, benen Schritte im IL-1-Signaltransfer charak- (Fig. ᭿1 ). Sulforaphane, curcumin, and butyl Dirk Kluth, Kathrin Weiss terisiert. Nach Bindung von IL-1 an seinen hydroquinone, typical Nrf2 activators, Rezeptor werden diverse Proteine an den Der Metabolismus von Vitamin E wurde fast induced the reporter gene and also endoge- Rezeptor rekrutiert. Hierzu gehören u.a. die vollständig in unserer Abteilung aufgeklärt. nous GI-GPx, identifying GI-GPx as target IL-1-Rezeptor-assoziierte Kinase (IRAK), IRAK4 Der Mechanismus ist für alle Vitamin E- for Nrf2. Whether the anti-inflammatory und das Adapterprotein MyD88. IRAK wird Formen gleich, die Seitenkette wird verkürzt and anti-carcinogenic effect of Nrf2 activa- am Rezeptor hyperphosphoryliert. Dadurch und die Endprodukte (CEHC) im Urin ausge- tors are linked to an up-regulation of GI- dissoziiert sie vom Rezeptor und transloziert schieden. Allerdings werden die individuellen GPx will be investigated in a mouse cancer in den Zellkern. Für die Translokation und die E-Vitamere in höchst unterschiedlichem model in cooperation with the Depart- Phosphorylierung nukleärer Zielproteine war Ausmaß abgebaut, was ihre Bioverfügbarkeit ments of Nutritional Toxicology (ETOX) and die Kinasedomäne der IRAK erforderlich. entscheidend beeinflussen dürfte. Der Abbau Gastrointestinal Microbiology (GAMI). Thiol-modifizierende Agenzien, wie z.B. der Seitenketten von Tocopherolen und Redox regulation of inflammatory processes A Cyp3a11 mRNA

4 Interleukin-1 (IL-1) plays a key role in the inflammatory process. Its signaling path- 3 way contains steps that putatively are redox-regulated, and reactive oxygen

he Induktion] 2 species have been postulated to act as mediators in the pathway. This makes the 1 IL-1-mediated signal transduction an ideal model to study the molecular mechanism

CYP3a11 [-fac 0 of anti-inflammatory micronutrients. Many of the signaling steps described below were +␥-Tocotrienol detected during these investigations. Upon binding of IL-1 to its receptor, various pro- B Vitamin E Metabolite teins are recruited to the receptor, including the IL-1 receptor-associated kinase (IRAK), 8 * IRAK4, and the adapter protein MyD88. 2 mg a-Tocopheryl-␣-Tocopheryl- * * 20 mg acetat / IRAK is hyperphosphorylated, then it disso- 6 200 mg kg Futter ciates from the receptor and translocates into the nucleus. The kinase domain of 4 IRAK is pivotal for these events. Thiol-modi-

CEHCs [µg/24 h] fying agents such as curcumin blocked IRAK 2

0 ᭿3 ␣-CEHC␣-CEHC␥-CEHC ␥-CEHC Cyp3a11 mRNA expression is induced by ␣-tocopherol but not by ␥-tocotrienol (␥-T3). ␥ ␥ + -T3 +-T3+ -T3 Hepatic Cyp3a11 mRNA levels were measured by real-time polymerase chain reaction in mice fed ᭿3 Die Cyp3a11 mRNA-Expression wird in vivo durch ␣-Tocopherol aber nicht durch ␥-Tocotrienol (␥-T3) with the diets indicated for 3 months. Half of induziert. Der Cyp3a11 mRNA-Gehalt in Lebern von Mäusen, die für 3 Monate mit einer ␣-Tocopherol- each group received 250 µg ␥-T3 daily during the defizienten (2 mg ␣-Tocopherylacetat/kg Futter, weiße Balken), – normalen (20 mg/kg, graue Balken), und last week. (A) ␣-Tocopherol increased Cyp3a11 -überdosierten (200 mg/kg, blaue Balken) Diät gefüttert wurden und die in der letzten Woche jeweils zur mRNA dose-dependently, whereas ␥-T3 did not . Hälfte 250 µg ␥-T3 täglich erhielten, wurde mittels Real-time Polymerase-Kettenreaktion (PCR) bestimmt. (B) The failure of ␥-T3 to induce Cyp3a11 can be (A) ␣-Tocopherol erhöhte konzentrationsabhängig die Expression der Cyp3a11 mRNA, ␥-T3 hatte keinen explained by its fast and efficient transformation Effekt. (B) Das Fehlen einer Cyp3a11 Induktion durch ␥-T3 kann durch seinen schnellen und effizienten to ␥-CEHC, which is excreted in the urine. Abbau zu ␥-CEHC und dessen Ausscheidung im Urin erklärt werden. *p < 0.05 versus the respective ␣-tocopherol-defi- *p < 0,05 gegen die entsprechende ␣-Tocopherol-defiziente Gruppe cient group 50

᭿4 Projects and aims of the Department

Selenoproteins Micronutrients thiols and thereby prevented its recruitment (Fig. ᭿2 ), so that, downstream signaling events, i.e., activation of NF-␬B, phosphorylation of nuclear targets, or induction Redox homeostasis of cell adhesion molecules, were inhibited or direct interference as well. Recruitment of IRAK thus proved to with targets be the most upstream redox-regulated step of IL-1 signaling, possibly an attractive target of redox-active immune modulators.

Metabolism and gene regulatory function Redox active Change in cellular of vitamin E transcription factors signaling We have almost completely elucidated the metabolism of vitamin E. Whereas the mechanism is identical for all forms of vitamin E, resulting in the final products (CEHC, Change in gene Inflammatory excreted in the urine), the degree of degra- expression response dation differs substantially between different forms. The side-chain degradation of tocopherols and tocotrienols occurs by ␤-oxidation, which requires an initial Cancer ␻-hydroxylation. This is catalyzed by cytochrome P450 enzymes (CYP). Many CYP ᭿4 Übersicht über Projekte und Ziele der Abteilung Biochemie der Mikronährstoffe (BIM). substrates induce their own degrading enzymes, which are regulated by the activation of the pregnane X receptor (PXR). Also Tocotrienolen erfolgt über eine ␤-Oxidation, dass: (1) Vitamin E im Prinzip in der Lage ist, vitamin E induced PXR-driven reporter was eine initiale ␻-Hydroxylierung erfordert. Gene zu aktivieren; (2) hohe Dosen ␣-Toco- genes and endogenous CYP3A4 in HepG2 Diese wird von Cytochrom P450-Enzymen pherol über die Induktion von CYP3A4 mit cells. Tocotrienols displayed the highest (CYP) katalysiert, deren Identität noch nicht dem Fremdstoffmetabolismus interferieren activity, followed by ␦-, ␣-, and ␥-tocopherol. ganz klar ist. Es werden CYP4F2 und CYP3A4 könnten; und (3) individuelle Formen von diskutiert. Viele CYP-Substrate induzieren die Vitamin E in vitro beobachtete Funktionen in In cooperation with M. Ristow, Department sie abbauenden Enzyme selbst, wobei die vivo nur ausüben können, wenn sie nicht of Clinical Nutrition (KLE), the induction of Induktion durch Aktivierung des Pregnan-X- oder wenig metabolisiert werden – es sei Cyp3a11 (murine homolog of human Rezeptors (PXR) reguliert wird. Wir konnten denn, die Metabolite haben selbst eine ent- CYP3A4), by ␣-tocopherol was confirmed in an einem Zellkulturmodell zeigen, dass auch sprechende Wirkung. Anti-kanzerogene und mice. Surprisingly, ␥-tocotrienol did not Vitamin E PXR-regulierte Reportergene und anti-inflammatorische Funktionen von show any effect (Fig. ᭿3 ). This failure was endogenes CYP3A4 induziert. Tocotrienole Vitamin E und seiner Metabolite, die insbe- easily explained by its fast and efficient waren hierbei am effektivsten, gefolgt von ␦-, sondere für ␥-CEHC diskutiert werden, sollen metabolism, which prevented a significant ␣- und ␥-Tocopherol. in Zukunft überprüft werden. accumulation of ␥-tocotrienol in liver and In Zusammenarbeit mit M. Ristow, Abteilung plasma. The data show that (1) vitamin E, Klinische Ernährung (KLE), haben wir die in principle, is able to activate genes and to Induktion von Cyp3a11, dem murinen Homo- Technische Mitarbeiter/innen interact with transcription factors, (2) high log des humanen CYP3A4, durch ␣-Tocophe- Gerlinde Aust doses of ␣-tocopherol may interact with rol in vivo bestätigt. Dagegen induzierte ␥- Jörg Bittner the synthesis of enzymes metabolizing Tocotrienol Cyp3a11 nicht (Abb. ᭿3 ), was mit Stefanie Deubel drugs and xenobiotics, and (3) novel func- einer enorm hohen Abbaurate erklärt wer- Elvira Krohn tions of individual forms of vitamin E den konnte. Diese Untersuchungen zeigen, Edith Wendt detected in vitro can only be manifested in vivo if the compounds accumulate due to low metabolic turnover - unless the metabolites exert these functions themselves. Anti-inflammatory and anti-carcinogenic functions of intact vitamin E and of metabolites, as discussed for ␥-CEHC, will be tested in future research. 51

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/Original Papers Übersichtsarbeiten/Reviews Mechanismus und Funktion der Seiten- Al-Taie, O.H., Uceyler, N., Eußner, U., Jakob, F., Brigelius-Flohé, R.: Vitamin E and drug meta- kettenverkürzung von Tocopherolen Mörk, H., Scheurlen, M., Brigelius-Flohé, R., bolism. Biochem. Biophys. Res. Comm. 305, Finanzierung: DFG Schöttker, K., Abel, J., Thalheimer, A., Katzen- 737-740 (2003). Laufzeit: 01.11.2000–30.06.2003 berger, T., Illert, B., Melcher, R., Köhrle, J.: Expression profiling and genetic alterations Brigelius-Flohé, R., Banning, A., Schnurr, K.: Identifizierung redoxregulierter Proteine of the selenoproteins GI-GPx and SePP during Selenium-dependent enzymes in endothelial bei Interleukin-1 vermittelten Signalen colorectal carcinogenesis. Nutr. Cancer 48, cell function. Antioxid. Redox Signal. 5, 205- Finanzierung: DFG 6-14 (2004). 215 (2003). Laufzeit: 01.05.2001–31.03.2004

Banning, A., Schnurr, K., Böl, G.F., Kupper, D., Brigelius-Flohé, R., Banning, A., Kny, M., Böl, Redoxprozesse in der Expression von Müller-Schmehl, K., Viita, H., Ylä-Herttuala, S., G.F.: Redox events in interleukin-1 signaling. Adhäsionsmolekülen. Rolle der Phospho- Brigelius-Flohé, R.: Inhibition of basal and Arch. Biochem. Biophys. 423, 66-73 (2004). lipidhydroperoxid-Glutathionperoxidase interleukin-1-induced VCAM-1 expression by (PHGPx) und der 15-Lipoxygenase phospholipid hydroperoxide glutathione per- Landes, N., Birringer, M., Brigelius-Flohé, R.: Finanzierung: DFG oxidase and 15-lipoxygenase in rabbit aortic Homologous metabolic and gene activating Laufzeit: 01.05.2001–30.04.2003 smooth muscle cells. Free Radic. Biol. Med. routes for vitamins E and K. Mol. Aspects 36, 135-144 (2004). Med. 24, 337-344 (2003). Regulation der Genexpression durch Vitamin E unter besonderer Birringer, M., EyTina, J.H., Salvatore, B.A., Buchbeiträge/Book Articles Berücksichtigung von Genen für Neuzil, J.: Vitamin E analogues as inducers of Brigelius-Flohé, R., Müller, C., Florian, S., Fremdstoff-metabolisierende Enzyme apoptosis: structure-function relation. Br. J. Müller-Schmehl, K.: Selenium in cancer Finanzierung: DFG Cancer, 88, 1948-1955 (2003). prevention. Optimization of selenoprotein Laufzeit: 01.08.2004–31.07.2006 expression or specific functions of selenium Böl, G.F., Jurrmann, N., Brigelius-Flohé, R.: compounds? In: Scheppach, W., Scheurlen, M. Regulation of the tissue-specific expression Recruitment of the interleukin-1 receptor (eds.) Exogenic Factors in Colonic Carcino- of individual glutathione peroxidases (IL-1RI) associated kinase IRAK to the IL-1RI is genesis – Falk Symposium 128, Kluwer Acad. (im Schwerpunktprogramm 1087: Seleno- redox regulated. Biol. Chem. 384, 609-617 Publ., Lancaster, UK, 275-286 (2003). proteine – Biochemische Grundlagen und (2003). klinische Bedeutung) Sonstige/Others Finanzierung: DFG Landes, N., Pfluger, P., Kluth, D., Birringer, M., Brigelius-Flohé, R., Köhrle, J.: 55th Mosbach Laufzeit: 01.07.2002–31.07.2006 Rühl, R., Böl, G.F., Glatt, H., Brigelius-Flohé, R.: Colloquium: how nutrients influence gene Vitamin E activates gene expression via the activity. Biol Chem. 385, 569 (2004). VITAGE: Fat-soluble vitamin status and pregnane X receptor. Biochem. Pharmacol. metabolism during ageing: Functional and 65, 269-273 (2003). nutritional consequences Müller, C., Wingler, K., Brigelius-Flohé, R.: Finanzierung: EU 3’UTRs of glutathione peroxidases differenti- Laufzeit: 01.01.2000–31.12.2003 ally affect selenium-dependent mRNA stabi- lity and selenocysteine incorporation effi- Promotionsstipendium ciency. Biol. Chem. 384, 11-18 (2003). Finanzierung: Sonnenfeld Stiftung Laufzeit: 01.06.2004–31.05.2005 Müller-Schmehl, K., Beninde, J., Finckh, B., Florian, S., Dudenhausen, J.W., Brigelius-Flohé, R., Schuelke, M.: Localization of ␣-tocopherol transfer protein in trophoblast, fetal capilla- ries’ endothelium and amnion epithelium of human term placenta. Free Rad. Res. 38, 413- 420 (2004).

Ristow, M., Mulder, H., Pomplun, D., Schulz, T.J., Müller-Schmehl, K., Krause, A., Fex, M., Puccio, H., Müller, J., Isken, F., Spranger, J., Müller-Wieland, D., Magnuson, M.A., Möhlig, M., Koenig, M., Pfeiffer, A.F.H.: Frataxin deficiency in pancreatic islets causes diabetes due to loss of ß cell mass. J. Clin. Invest. 112, 527-534 (2003).

Rühl, R., Szech, R., Landes, N., Pfluger, P., Kluth, D., Schweigert, F.J.: Carotenoids and their metabolites are naturally occurring activators of gene expression via the pregnane X receptor. Eur. J. Nutr. 43, 336-343 (2004). Arbeitsgruppe

52 Präventiv-Medizinische Lebensmittelforschung Laboratory of Food Chemistry Leitung: PD Dr. Ralf Stohwasser and Preventive Nutrition Head: PD Dr. Ralf Stohwasser Summary The effect of a diet rich in fruits, Zusammenfassung Die protektive Wirkung punkt der Arbeitsgruppe den physiologischen vegetables, and cereals on the incidence of von Obst, Gemüse und Getreide – Kernele- Wirkungen von Ballaststoffen aus Haferpro- coronary heart diseases and stroke has been menten einer mediterranen Diät – ist vor dukten und Polyphenolen aus enzymatisch well established by epidemiological studies. allem für koronare Herz-Kreislauf-Erkrankun- hergestellten Extraktions-Fruchtsäften Fruits and vegetables contain many types gen und Schlaganfälle durch epidemiologi- gewidmet. In Tiermodellen und Human- of dietary fiber and secondary, non-nutritive sche Studien gut belegt. Ebenso scheint ein studien konnten wir modulierende Effekte components such as polyphenols. The erhöhter Konsum dieser Lebensmittel der auf die Mikroflora und den Cholesterol- beneficial effects thus could be due to Krebsentstehung vorzubeugen. Früchte und stoffwechsel belegen. consumption of such components. Evidence Gemüse enthalten viele Ballaststoffe und from cell cultures and animal models sekundäre Pflanzenstoffe, wie Polyphenole. Modulation intrazellulärer Proteolyse, indicates a certain chemopreventive value Die krankheitspräventiven Effekte könnten der Genexpression und physiologischer of polyphenolics in inflammatory and daher auf den Verzehr dieser Nahrungs- Parameter durch nicht-nutritive Nahrungs- neoplastic diseases. However, pleiotropic komponenten zurückzuführen sein. So spre- faktoren molecular mechanisms underlying these chen Ergebnisse aus Zellkultur- und Tier- Struktur-Funktionsbeziehungen der potentially health-protective effectors are modellen für einen gewissen chemopräven- Proteasominhibierung durch Polyphenole still unknown. tiven Wert polyphenolischer Substanzen bei Anne Brockhoff, Ralf Stohwasser Dysfunction of intracellular protein degra- entzündlichen und neoplastischen Erkran- dation, via the ubiquitin-proteasome path- kungen. Die vielfältigen molekularen Mecha- Mehr als 5.000 verschiedene Flavonoide und way, is a key event in several diseases. nismen, die diesen potentiell gesundheits- Phenolsäuren sowie ihre Biotransformations- Our research is dedicated to the working protektiven Effektoren zugrunde liegen, sind produkte sind aus verschiedenen Nahrungs- hypothesis that catalytic activities of certain allerdings noch unbekannt. quellen wie Früchten, Gemüsen, Tee, Wein enzymes of the ubiquitin-proteasome Ein Versagen des intrazellulären Protein- und Schokolade bekannt. Die Inhibitoreigen- system (UPS) might be targeted by dietary abbaus, der über den Ubiquitin-Proteasom- schaften von sechs strukturell verwandten polyphenols, which could serve to prevent Weg erfolgt, ist ein Schlüsselereignis bei ver- Subgruppen der Flavonoide wurden unter- nutrition-associated diseases. We have thus schiedenen Erkrankungen. Unsere Forschung sucht und sind in Abbildung ᭿1 zusammen- studied the effects of various flavonoids, ist der Arbeitshypothese gewidmet, dass gefasst. Die Untersuchung von Struktur- a subgroup of polyphenols, on proteasome Enzyme des Ubiquitin-Proteasom-Systems Funktions-Beziehungen zeigt, dass die cat- inhibition and modulation of gene expres- (UPS) Ansatzpunkte einer präventiven Poly- echolische Struktur des B-Rings, das C4- sion. phenolwirkung bei ernährungsabhängigen Carbonylkohlenstoffatom und die C2-C3- In vitro studies give limited answers to the Erkrankungen sein können. Die Arbeits- Doppelbindung des C-Rings die maßgebli- complex questions on the prevention of gruppe hat in diesem Zusammenhang die chen strukturellen Erfordernisse für die nutrition-associated diseases. Thus, we also Proteasom-inhibitorischen und die Gen- Proteasom-inhibitorischen Eigenschaften der aim to elucidate the physiological effects expression-modulierenden Eigenschaften Flavonoide darstellen. Teepolyphenole ohne of dietary fiber from oat products and verschiedener Flavonoide, einer Subgruppe C4 Carbonylgruppe und mit gesättigter C2- polyphenols from enzymatically processed der Polyphenole, untersucht. C3-Flavanolstruktur hemmen die Chymo- fruit juices on microflora and cholesterol Da in vitro Studien allein der Komplexität von trypsin-ähnliche (CHYT) Aktivität des Pro- metabolism of animals and humans. Fragestellungen zur Prävention ernährungs- teasoms nicht. abhängiger Erkrankungen nicht gerecht wer- Im Verlauf unserer Untersuchungen polyphe- Modulation of intracellular proteolysis, den können, ist der zweite Arbeitsschwer- nolischer sekundärer Pflanzenmetabolite auf of gene expression, and physiological parameters by non-nutritive food factors CHYT InhibitoryFlavonoids of 20S Proteasomes Structure-function relations of proteasome inhibition by polyphenols Flavone 3´ Flavan-3-ol PA28PA28 4´ PA28 B O More than 5,000 different flavonoids and O 2 phenolic acids and their biotransformation 7 C A OH products are known from various food CASP 3 CHYT 5 4 5 7 3´ 4´ sources such as fruit, vegetables, tea, wine, TRYP O and chocolate. Inhibitory properties of six CAT OH OH OH OH 20S20S20S structurally related subgroups of flavonoids 5 7 3´ 4´ PA700PA700PA700 LUT OH OH OH OH

᭿1 The 20S proteasome, a multicatalytic threo- API OH OH H OH nine nucleophilic protease, is the proteolytic executor of the ubiquitin-proteasome system Inhibitor PotencyPotency: : low medium high EGCG (UPS). Its six active catalytic sites are hidden in the internal cavities of the barrel-shaped 20S protein complex and display multiple cleavage ᭿1 Das 20S-Proteasom, eine multikatalytische Threonin-Nukleophil-Hydrolase, ist die proteolytische preferences. Associated with proteasome activa- Einheit des Ubiquitin-Proteasom-Systems (UPS). Seine sechs aktiven, katalytischen Zentren mit verschie- tor PA700, it recognizes, binds, unfolds, and denen Schnittpräferenzen sind in internen Reaktionsräumen des tonnenförmigen 20S-Komplexes verbor- degrades ubiquitinylated proteins. PA28 is gen. In Assoziation mit Proteasomaktivator PA700 erkennt, bindet, entfaltet und verdaut das Proteasom another proteasome activator. CHYT, chymo- ubiquitinylierte Proteine. PA28 ist ein weiterer Proteasomaktivator. CHYT, Chymotrypsin-ähnliche trypsin-like activity; TRYP, trypsin-like activity; Aktivität; TRYP, Trypsin-ähnliche Aktivität; CASP, Caspase-ähnliche Aktivität. CASP, caspase-like activity. Relative inhibition of Die relativen in vitro CHYT-Inhibitoraktivitäten von vier Vertretern aus Untergruppen der Flavonoide sind CHYT in vitro by 4 flavonoids. dargestellt: LUT, Luteolin; API, Apigenin; CAT, Catechin, EGCG, Epigallocatechingallat. 53

Proteasom-modulatorische Eigenschaften sitive Methoden, die die gleichzeitige Mes- towards the chymotrypsin-like (CHYT) in vitro und in HT29-Adenokarzinomzellen sung der Expression mehrerer Gene erlaub- activity of 20S proteasomes are summarized beobachteten wir, dass Epigallocatechingallat ten. Daher wurden einige der Kandidaten- in Figure ᭿1 . Analysis of structure-function (EGCG), ein Teepolyphenol, ähnliche inhibi- gene mittels Real-time Polymerase-Ketten- relations indicates that the catecholic torische Eigenschaften aufweist wie konven- reaktion (PCR)- und Northern-Technologie im B-ring structure, the C4 carbonyl carbon tionelle Proteasominhibitoren (Abb. ᭿1 ). Hinblick auf einen genmodulatorischen Ein- atom, and the C2-C3 double bond of the Synthetische Proteasominhibitoren werden fluss von Luteolin überprüft. Die Genexpres- C-ring are the major structural requirements derzeit in klinischen Studien getestet, da ihr sionsdaten belegen unsere Ausgangshypo- of inhibitory properties of flavonoids Einfluss auf Proliferation und Apoptose sie zu these, dass Luteolin die Expression krank- towards the 20S proteasome. Tea polyphe- geeigneten Kandidaten der Krebstherapie heitsrelevanter Gene beeinflusst. nols lacking the C4 carbonyl group and con- macht. taining a saturated C2-C3 flavanol structure are non-inhibitory as to CHYT activity. Physiologische Wirkungen von Ballaststoffen During a screening for polyphenolic second- Modulation der Genexpression durch und Polyphenolen ary plant metabolites modulating catalytic Flavonoide Gerhard Dongowski, Barbora Drzikova, activities of 20S proteasomes in vitro and in Barbara Raab, Ralf Stohwasser Sabine Sembries HT29 adenocarcinoma cells, we observed Luteolin, ein Flavon, das in Petersilie, Oliven, Um zur Aufklärung der Ballaststoffwirkung that epigallocatechingallate (EGCG), a tea Artischocken und Kräutertees vorkommt, ist beizutragen, untersuchten wir in vivo die polyphenol, has inhibitory properties simi- in der medizinischen Forschung aufgrund physiologischen Effekte von Haferprodukten, lar to those of well-known proteasome-spe- anti-inflammatorischer und anti-neoplasti- die reich an Gesamtballaststoffen, ␤-Glucan cific inhibitors (Fig. ᭿1 ). Synthetic protea- scher Wirkungen von großem Interesse. Wie und resistenter Stärke sind. Hierbei interes- some inhibitors and natural inhibitory com- wir zeigen konnten, beeinflusst Luteolin die sierten uns besonders die Effekte auf die pounds have recently become a focus of Proteasomaktivität in vitro (Abb. ᭿1 ). Da intestinale Mikroflora und den Cholesterol- clinical investigations, since their impact on Proteasomen an der Transkriptionskontrolle stoffwechsel. Im Darminhalt und in den proliferation and apoptosis makes them beteiligt sind, sind Untersuchungen zum Fäzes von Ratten, die eine haferproduktreiche suitable candidates for cancer therapy. Einfluss von Luteolin auf die Genexpression Diät erhielten, nahm die Zahl der coliformen offensichtlich von Interesse. Keime (p < 0,05) ab und die der Bifidobakte- Modulation of gene expression by Oligonukleotid-Microarrays von MWG Bio- rien (p < 0,05) zu. Ebenso stieg die Konzen- flavonoids tech, die 10.000 Gene repräsentieren (10k), tration kurzkettiger Fettsäuren (short-chain wurden verwendet, um Kandidatengene fatty acids, SCFA) (p < 0,05), die ein Haupt- Luteolin, a flavone found in parsley, olives, einer Modulation durch Luteolin in HT-29- endprodukt der mikrobiellen Polysaccharid- artichokes, and certain herbal teas, is of Adenokarzinomzellen zu identifizieren Fermentation sind. Zudem war die Konzen- interest in medical research for its anti- (Abb. ᭿2 ). Die hohe Zahl von ungefähr 370 tration der in der Leber gebildeten, primären inflammatory and anti-neoplastic effects. regulierten Kandidatengenen erforderte sen- Gallensäuren (GS) und der neutralen Sterole Since we were able to demonstrate that luteolin affects proteasome activity in vitro (Fig. ᭿1 ), and proteasomes are known to be The Logistics of Transcriptomics involved in transcriptional control, the rationale of studying the gene expression affected by luteolin is obvious. Oligo- HT -29 Cell Culture nucleotide microarrays from MWG Biotech DMSO Luteolin Modulator Treatment representing 10,000 genes (10k) were used to identify candidate genes modulated in RNA Purification HT-29 adenocarcinoma cells by treatment cDNA Synthesis with luteolin (Fig. ᭿2 ). The high number of Microarray Hybridisation approximately 370 up- or downregulated candidate genes required sensitive meth- Cy3-cDNA Cy5-cDNA ods that allowed more genes to be analyzed in parallel. Therefore, we evaluated some of the candidate genes with real-time polymerase chain reaction (PCR) and by Northern blotting in order to assess the modulatory impact of luteolin. These gene Scanning expression data confirm our initial hypothesis that luteolin affects the expression of disease-relevant genes. Bioinformatics

10k oligonucleotide DNA chip Cy3- Cy5- (MWG), hybridized with Fluorescence Fluorescence ᭿2 The logistics of transcriptomics. Left panel Cy3 -cDNA shows microarray results of approximately 10,000 genes of HT-29 adenocarcinoma cells ᭿2 Die Logistik der Transkriptomanalyse sowie die Fluoreszenzintensitäten eines Microarray-Hybridisie- treated with luteolin or the solvent control rungsexperimentes, in dem 10.000 Gene der HT-29-Adenokarzinomzelllinie mit und ohne Modulator- (dimethylsulfoxide, DMSO). The experimental behandlung erfasst wurden, ist links dargestellt. sub-steps are indicated. 54

᭿3 (A) Analysis of short-chain fatty acids using gas chromatography. (B) Detection of bile acids in intestinal contents and feces using high performance liquid chromatography (HPLC).

Physiological effects of dietary fiber and polyphenols We studied in vivo the physiological effects of oat products, which are rich in total fiber, ␤-glucan, and resistant starch, in order to further elucidate the effects of dietary fiber. We were especially interested in its effect on the intestinal microflora and cholesterol metabolism. In the intestinal contents and feces of rats fed a high-oat diet, the number of coliform bacteria decreased (p < 0.05) whereas the bifidobacteria increased (p < 0.05). This was paralleled by an increase in concentration of the short-chain fatty acids (SCFA; p < 0.05), major final A B products of microbial polysaccharide ᭿3 (A) Gaschromatographische Analyse kurzkettiger Fettsäuren. (B) Bestimmung von Gallensäuren in fermentation. The concentration of primary Intestinalinhalten und Fäzes mittels Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographie (HPLC). bile acids (BA) formed in the liver and of neutral sterols was also significantly in den Fäzes signifikant erhöht. Der prozen- wiesen. Bei Ratten, die diese Säfte anstelle increased in the feces. On the other hand, tuale Anteil an sekundären GS war hingegen von Wasser erhielten, stellten wir sowohl the relative percentage of secondary BA reduziert. Diese GS entstehen erst im Darm eine erhöhte Fermentationsaktivität ihrer decreased. Secondary BA, products of durch mikrobielle Umwandlung der primären intestinalen Mikroflora als auch die bereits microbial transformation of primary BA GS und können Zellschäden in der Darm- beschriebenen Effekte auf die Ausscheidung in the intestine, can cause or reinforce mukosa verursachen bzw. verstärken. Das von GS und neutralen Sterolen fest. Ferner damage to cells of the intestinal mucosa. Ausmaß der Ballaststoff-Effekte wurde in die- zeigten Analysen von Urinproben, dass In this study, the extent of the effects of ser Studie von der Haferprodukt-Zusammen- sowohl Tiere als auch Menschen sekundäre dietary fiber was influenced by the oat- setzung beeinflusst. Pflanzenstoffe, wie Flavonoide, aus der product composition. Eine am Menschen durchgeführte Versuchs- Nahrung resorbieren und metabolisieren. Tests with humans, in which subjects reihe, in der Probanden zusätzlich zu ihrer Aufgrund dieser Resultate ist zu vermuten, consumed 100 g of an oat extrudate in normalen Kost 100 g eines Extrudates aus dass sowohl Ballast- als auch sekundäre addition to their normal diet, gave similar Hafer verzehrten, lieferte ähnliche Ergeb- Pflanzenstoffe die Bildung von SCFA und die results. It is interesting that the physio- nisse. Interessanterweise tendierten die phy- Ausscheidung von Steroiden im Intestinal- logical parameters tended toward the siologischen Parameter bereits 2 Wochen trakt wesentlich beeinflussen. initial values within 2 weeks after ending nach Beendigung der Interventionsphase the intervention. wieder in Richtung der Ausgangswerte. Additional analytical and physiological Weitere analytische und physiologische Technische Mitarbeiter/innen studies were carried out with enzymatically Untersuchungen erfolgten mit enzymatisch Elke Chudoba processed extraction juices, enriched in sec- hergestellten Extraktionssäften, die erhöhte Horst Maischack ondary, non-nutritive substances and Anteile an sekundären Pflanzenstoffen und Monika Niehaus dietary fiber from fruits and vegetables. In Ballaststoffen aus Früchten und Gemüse auf- Karin Richter rats given these juices instead of water, we found not only a higher fermentative activity of the intestinal microflora but also the previously-described effects on the elimination of BA and neutral sterols. Analyses of urine samples also indicated that animals and humans metabolize and absorb secondary, non-nutritive food components such as flavonoids. These results lead to the assumption that both dietary fiber and flavonoids affect the formation of SCFA and the elimination of steroids in the intestinal tract. 55

Ausgewählte Publikationen Drittmittelprojekte Selected Publications External Funding

Originalarbeiten/Original Papers Sembries, S., Dongowski, G., Jacobasch, G., Partner im TRESTERnetz.berlin-brandenburg Amarowicz, R., Raab, B., Shahidi, F.: Mehrländer, K., Will, F., Dietrich, H.: Effects of Finanzierung: BMWi (AiF) Antioxidant activity of Phenolic Fractions of dietary fibre-rich juice colloids from apple Laufzeit: 01.01.2003–31.12.2005 Rapeseed. J. Food Lipids 10, 51-62 (2003). pomace extraction juices on intestinal fermentation products and microbiota in rats. Wertstoffgewinnung durch zweistufige Dongowski, G., Huth, M., Gebhardt, E.: Br. J. Nutr. 90, 607-615 (2003). enzymatische Behandlung von Obst- und Steroids in the intestinal tract of rats are Gemüsemaische – Analyse und physio- affected by dietary fibre-rich barley-based Sembries, S., Dongowski, G., Mehrländer, K., logische Charakterisierung der gewon- diets. Br. J. Nutr. 90, 895-906 (2003). Will, F., Dietrich, H.: Dietary fiber-rich colloids nenen Produkte from apple pomace extraction juices do not Finanzierung: AiF (FEI) Dongowski, G., Lorenz, A.: Intestinal steroids affect food intake and blood serum lipid Laufzeit: 01.03.2001–01.12.2003 in rats are influenced by the structural para- levels , but enhance fecal excretion of ste- meters of pectin. J. Nutr. Biochem. 15, 196- roids in rats. J. Nutr. Biochem. 15, 296-302 Verfahrenstechnische und ernährungs- 205 (2004). (2004). physiologische Aspekte zur Bildung von resistenter Stärke in Hafer durch Extrusion Dongowski, G., Drzikova, B., Gebhardt, E., Stohwasser, R., Holzhütter, H.G., Lehmann, U., Finanzierung: AiF (FEI) Hampshire, J., Habel, A.: Einsatz der Extrusion Henklein, P., Kloetzel, P.M.: Hepatitis B virus Laufzeit: 01.12.2000–01.08.2003 zur Herstellung von Haferprodukten, die mit HBx peptide 116-138 and proteasome activa- resistenter Stärke angereichert sind, und tor PA28 compete for binding to the protea- Impact of new technologies on the health deren ernährungsphysiologische Bedeutung. some alpha4/MC6 subunit. Biol. Chem. 384, benefits and safety of bioactive plant Dtsch. Lebensm.-Rdsch. 100, 333-343 (2004). 39-49 (2003). compounds (COST Action 926) Finanzierung: EU Gebhardt, E., Habel, A., Dongowski, G., Will, F., Mehrländer, K., Dietrich, H., Laufzeit: 01.05.2004–30.04.2007 Drzikova, B., Hampshire, J.: Multifunktionelle Dongowski, G., Sembries, S.: Enzymatic lique- Ballaststofflebensmittel auf Basis von Hafer. faction of apple mash by a two-step process. Getreidetechnologie 58, 80-85 (2004). Fruit Proc. 13, 429-432 (2003).

Kotcharian, A., Kunzek, H., Dongowski, G.: The Buchbeiträge/Book Articles influence of variety on the enzymatic degra- Stohwasser, R.: Structure-Function Relations dation of carrots and on functional and phy- of Proteasome Inhibition by Polyphenols. In: siological properties of the cell wall materi- Hoikkala, A., Soidinsalo, O., Wähälä, K. (eds.) als. Food Chem. 87, 231-245 (2004). Polyphenols Communications. Organic Chemistry Laboratory, University of Helsinki, Lehmann, U., Rössler, C., Schmiedl, D., Finland 49-50 (2004). Jacobasch, G.: Production and physicochemi- cal characterization of resistant starch type III derived from pea starch. Nahrung/Food 47, 60-63 (2003).

Loncar, M.B., Al-azzeh, E.D., Sommer, P.S., Marinovic, M., Schmehl, K., Kruschewski, M., Blin, N., Stohwasser, R., Gott, P., Kayademir, T.: Tumour necrosis factor alpha and nuclear factor kappaB inhibit transcription of human TFF3 encoding a gastrointestinal healing peptide. Gut 52, 1297-1303 (2003).

Mehrländer, K., Will, F., Dietrich, H., Sembries, S., Dongowski, G.: Herstellung und Charakterisierung von Traubensäften aus zweistufiger enzymatischer Behandlung und daraus gewonnenen Polyphenolextrakten. Dt. Lebensm.-Rdsch. 100, 77-83 (2004).

Pickardt, C., Dongowski, G., Kunzek, H.: The influence of mechanical and enzymatic disin- tegration of carrots on structure and properties of cell wall materials. Eur. Food Res. Technol. 219, 229-239 (2004). Ernährungsberatungszentrum (EBZ) 56 Leitung: Dr. Christiana Einig

Nutritional Counseling Center Head: Dr. Christiana Einig

The Nutritional Counseling Center (EBZ) Das Ernährungsberatungszentrum (EBZ) hat Entwicklung und Evaluation von Beratungs- informs the regional and national public es sich zur Aufgabe gemacht, wissenschaft- strategien. Seine Mitarbeiterinnen haben about dietary recommendations that are lich gesicherte, aktuelle und zukunfts- eine Konzeption zum Gewichtsmanagement based on scientific evidence. In addition, weisende Ernährungsempfehlungen an die entwickelt, die nicht nur praxisnahe Informa- the EBZ advises the media, the Branden- regionale und überregionale Bevölkerung tionen zu einer fettmoderaten, fettmodifi- burg Ministry of Health (MASGF), and the weiterzugeben. Zudem steht es den Medien, zierten und ballaststoffreichen Kost vermit- aid (public information service). More than dem aid (öffentlich geförderter Informations- telt, sondern vor allem die Förderung der 1,600 inquiries to current topics have been dienst) sowie den Arbeitsgemeinschaften des Handlungskompetenz der Betroffenen in answered (Tab. ᭿1 ). Moreover, during the Ministeriums für Arbeit, Soziales, Gesundheit Bezug auf ihr Gewichts- und Gesundheits- last two years, over 350 individuals with und Frauen in beratender Funktion zur management zum Ziel hat. Zur Effektivitäts- nutrition-related diseases contacted our Verfügung. In diesem Zusammenhang haben und Effizienzabschätzung läuft seit dem Jahr consultation center. Due to the problematic die Mitarbeiterinnen des EBZ in den letzten 2000 ein mehrjähriges Pilotprojekt mit 109 trend toward obesity in the general public, zwei Jahren über 1.600 Anfragen zu verschie- Teilnehmer/innen. Während des gesamten the priority of the counseling focuses on denen Themen beantwortet (Tab. ᭿1 ). Projektes erfolgen in regelmäßigen Abstän- weight reduction and treatment of the Überdies nutzten mehr als 350 Ratsuchende den Messungen der anthropometrischen metabolic syndrome. Counselings on other (Erstberatungen) das Angebot einer indivi- und klinisch-biochemischen Parameter sowie nutrition-related diseases, such as gastro- duellen Ernährungsberatung. Da in Deutsch- Untersuchungen des Ess- und Bewegungs- intestinal diseases or rheumatism, have land die Zahl übergewichtiger Menschen verhaltens. Als Indikatoren für ein erfolg- also been requested. Another priority of the stetig zunimmt und damit verbunden das reiches Gewichtsmanagement gelten bei EBZ is the development and evaluation of Metabolische Syndrom mit Adipositas dieser Studie die Kriterien des Institute of counseling strategies. We developed a (krankhaftem Übergewicht), Bluthochdruck, Medicine (IOM), welche eine Organisation der concept for weight management that gestörtem Cholesterinstoffwechsel und US amerikanischen National Academies ist. focuses on a diet with a moderate fat Insulinresistenz immer mehr an Bedeutung Nach ersten Ergebnissen konnten die Teil- reduction which is rich in dietary fiber. gewinnt, liegt der Beratungsschwerpunkt nehmer/innen über vier Jahre zwar nur eine It is our goal to enable the participants beim Thema Übergewicht und seinen sehr moderate Gewichtsreduktion stabilisie- to manage their own weight-reduction Folgeerkrankungen. Daneben beraten die ren, ihre HDL-Cholesterin-Werte zeigten and health programs by themselves. Mitarbeiterinnen des EBZ auch Patienten, die jedoch eine dauerhafte und signifikante In order to evaluate the efficacy of our con- an anderen Krankheiten leiden, welche sich Verbesserung. Im Anschluss an das Projekt ist cept, a perennial pilot study with 109 par- durch eine gezielte Ernährung positiv beein- geplant, die Ergebnisse in einer kontrollierten ticipants has been started in 2000. During flussen lassen (z. B. Magen-Darm-Erkrankun- Studie zu überprüfen. the entire study, anthropometric data, clini- gen). Eine weitere Aufgabe des EBZ ist die cal-biochemical parameters, dietary behavior, and physical activity will be determined at regular intervals. Criteria of the Institute of Medicine (IOM), which is an organization of the US National Academies, are hereby used as indicators of successful weight Thema Anzahl der Anfragen Topic management. First results indicate that the Number of inquiries participants were able to maintain only a Allgemeine Maßnahmen General strategies of very moderate weight reduction over a 377 zur Gewichtsreduktion weight reduction period of four years, whereas the blood parameter HDL-cholesterol significantly Diätformen (z.B. Atkins-, Glyx-Diät) 44 Diets improved over a longer period. We intend Lebensmittelspezifische Anfragen 326 Food specific inquiries to evaluate the concept in a controlled Altersabhängige Ernährung 104 Age-related nutrition intervention study subsequent to the pilot Nahrungsergänzungsmittel 71 Dietary supplements study. Vegetarismus, Makrobiotik 21 Vegetarian diet, macrobiotics Stoffwechselerkrankungen 112 Metabolic diseases Magen-Darmerkrankungen 111 Gastrointestinal diseases Lebererkrankungen 20 Hepatic diseases Krebs 38 Cancer Allergien und Intoleranzen 117 Food allergies and intolerance Osteoporose 12 Osteoporosis Bulimie, Magersucht 23 Bulimia, Anorexia Nervosa Sonstige Erkrankungen (z.B. Hypertonie) 20 Other diseases (e.g. hypertension) Informationsmaterial 40 Informative literature Fortbildungsmöglichkeiten 35 Educational programs Sonstiges Others 169 (z.B. Ernährungserhebung, Software) (e.g. dietary assessment, software) ᭿1 Topics of telephone and written inquiries 2003–2004 ᭿1 Inhalte der telefonischen und schriftlichen Anfragen 2003–2004 Max-Rubner-Laboratorium (MRL) Leitung: Dr. Reinhart Kluge 57

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

Die zentrale Tierhaltung des DIfE und der The central research animal facilities of DIfE Universität Potsdam ist im Max-Rubner- and the University of Potsdam are housed Laboratorium (MRL) untergebracht, wo wis- in the Max-Rubner-Laboratory (MRL), where senschaftliche Fragestellungen der einzelnen scientific questions of the different depart- Abteilungen und Arbeitsgruppen mit Hilfe ments are dealt with using animal models. von Tiermodellen bearbeitet werden. Der The experimental animals (mostly mice Aufbau des Hauses ermöglicht die Haltung and rats) are kept under standardized con- der Versuchstiere (vorwiegend Maus und ditions as far as the physical environment Ratte) unter standardisierten Umgebungs- and the sanitation status are concerned in und Hygienebedingungen. Eine Beein- order to ensure that the status of the flussung der Versuchsergebnisse durch einen rodents has no effect on the test results. unkontrollierten Status der Tiere ist daher Animal stress during experiments is weitestgehend auszuschließen. Ferner redu- reduced to a minimum by using suitable zieren modernste Haltungs- und Mess- housing and measurement techniques as techniken sowie eine intensive Betreuung well as through the attentive care of a durch qualifiziertes und verantwortungsvol- highly motivated, well-trained staff. Further les Pflegepersonal die Belastung der Tiere auf assistance is given by animal welfare offi- ein Minimum. cers, veterinarians, and certified specialists Tierschutzbeauftragte, Fachtierärzte und in the field of laboratory animal science Fachwissenschaftler für Versuchstierkunde who advise the researchers in performing beraten die experimentell tätigen Wissen- Technische Mitarbeiter/innen animal experiments. Especially skilled bio- schaftler in Fragen der Antragstellung und Ines Grüner logical-laboratory assistants also have a Versuchsplanung und unterstützen sie bei Gerhard Güldenpenning part in successful experimental work. der Durchführung ihrer Untersuchungen. Birgit Hase In addition to animal rooms, the facility Speziell geschulte Biologielaboranten tragen Swetlana König encompasses diagnostic laboratories and durch praktische Hilfe ebenso zum Gelingen Janet Krause animal procedure laboratories. der Studien bei. Janina Kröner Ute Lehmann (z. Z. im Erziehungsurlaub) Neben den eigentlichen Tierhaltungsräumen Carola Plaue beherbergt das Haus eine Reihe von Funk- Elvir Steinmeyer tionsräumen, die in direktem Zusammen- Marlies Taszarski hang mit den Tierexperimenten stehen und Elke Thom der Umsetzung der nachstehend genannten Irmgard Thomas Techniken dienen: Kerstin Weinert (z. Z. im Erziehungsurlaub)

Spezielle Techniken im MRL: Special techniques used in the MRL: ᭿ Energie- und Substratumsatzmessungen ᭿ Indirect calorimetric measurements (indirekte Kaloriemetrie) bei verschiede- under different temperatures nen Umgebungstemperaturen ᭿ Examination of metabolism using meta- ᭿ Stoffwechseluntersuchungen in bolic cages Stoffwechselkäfigen ᭿ Monitoring of food and water intake by ᭿ Zeitliche und quantitative Erfassung der a feeding monitoring system to assess Nahrungs- und Wasseraufnahme sowie quantitative and chronological food Nahrungspräferenzen intake as well as food preference by ᭿ Messung der Körpertemperatur und der using choice diets Aktivität ᭿ Measurement of body temperature and ᭿ Bestimmung der Körperzusammen- activity setzung am lebenden Tier mit Hilfe von ᭿ In vivo analysis of whole-body composi- Röntgenstrahlung (DEXA) sowie Kernspin tion by x-ray (DEXA) and nuclear mag- (NMR) netic resonance (NMR) ᭿ Transponder- und Minipumpenimplan- ᭿ Implantation of transponders and mini- tation, dadurch kontinuierliche Messung pumps verschiedener Parameter sowie konti- ᭿ Blood pressure measurement nuierliche Wirkstoffapplikation ᭿ Breeding and housing of rats under ᭿ Generierung, Zucht und Haltung gnotobiotic conditions keimfreier Ratten ᭿ Breeding and genetic monitoring of ᭿ Zucht von genetisch kontrollierten special strains of mice Spezialstämmen der Maus ᭿ Preparation and processing of specified ᭿ Herstellung und Pelletierung spezieller diets Futtermischungen Ehrungen, Forschungspreise und Dissertationen 58 Honors, Awards and Dissertations

Ehrungen und Forschungspreise Claudia Herles (GAMI): Andrea Scheepers (PHA): Honors and Awards Untersuchungen zum enzymatischen Abbau Charakterisierung der genomischen Hans-Georg Joost (PHA): ausgewählter Flavonoide durch Eubacterium Organisation, Expression und Funktion der Mitgliedschaft in der Deutschen Akademie ramulus. Uni Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, Glucosetransporter GLUT8 und GLUT11. Uni der Naturforscher Leopoldina, Halle, 2003 2003 Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2003 Lilian Schoefer (GAMI): Heiner Boeing (EPI): Heli Hollnagel (ETOX): Transformation of flavonoids by bacteria Preis „Prävention in der Medizin“, Deutsche 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b] from the human intestinal tract. Uni Gesellschaft für Innere Medizin, 2003 pyridin: Bioaktivierung und DNA-Addukt- bildung in V79-Zelllinien und verschiedenen Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2003 Hans-Rudolf Glatt (ETOX): Rattengeweben. Uni Potsdam, Math.-Nat. Petra Wiedmer (EST): GUM-Preis der Gesellschaft für Umwelt- Fakultät, 2004 Geschlechtsspezifische Körpergewichts- Mutationsforschung, 2003 Stephan Hoyer (IVS): regulation bei Mäusen – Untersuchungen Oliver Kreuzer und Mark Birringer Prädiktiver Wert sensorischer Laborunter- zur Set-Point-Theorie der Körpermasse. Uni peptides&elephants (Firmenausgründung suchungen für den Getränkekonsum älterer Potsdam, Mat.-Nat. Fakultät, 2004 aus dem Institut): Technologietransferpreis der Menschen unter Alltagsbedingungen. Uni Technologie Stiftung Brandenburg, 2004 Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2003 Habilitationen · Habilitations Hadi Al-Hasani (PHA): Leona Plum (PHA): Oliver Kreuzer (MOGE): Targeting of the insulin-regulated glucose Förderpreis der Deutschen Diabetesgesellschaft Immunozytochemische Analyse des Interna- transporter GLUT4. Uni Köln, 2003 2003 für ihre Dissertation lisierungswegs des Somatostatin-Rezeptors 3 der Ratte und Untersuchungen zur Prozessie- Anja Kroke (EPI): Michael Ristow (KLE): rung des internalisierten Peptid-Liganden für Primärprävention chronischer Erkrankungen Heinrich-Sauer-Preis der Norddt. Diabetes- die Rezeptor-Subtypen 1 und 3 der Ratte. Uni durch Ernährung – von der epidemiologis- Gesellschaft, 2003 Potsdam, Mat.-Nat. Fakultät, 2004 chen Grundlagenforschung zur Formulierung Michael Ristow (KLE): von Empfehlungen. Ferdinand-Bertram-Preis der Deutschen Diabetes- Morana Marinovic (PML): HU Berlin, 2003 Gesellschaft, 2004 Verhalten der PKC-Isoenzymmuster, des NF- ␬ ␤ B und des -Catenins bei der kolorektalen Berufungen · Appointments Andrea Scheepers (PHA): Karzinogenese und CED-Effekt von RS III auf Promotionspreis der Berliner Wissenschaftlichen die Signalübertragung und den Krankheitsver- Matthias Tschöp (PHA): Gesellschaft, 2004 lauf. Uni Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2004 Associate Professor, Dept. of Psychiatry, University of Cincinnati, Genome Research Andrea Scheepers (PHA): Ute Nöthlings (EPI): Institute, 2003 (angenommen) Michelson-Preis der Universität Potsdam für die Development and evaluation of an abbreviat- Heiner Boeing (EPI): beste Promotion des Jahrgangs, 2004 ed food frequency questionnaire to discrimi- Apl. Professor, Institut für Ernährungswissen- nate between study participants in a cohort Joachim Spranger (KLE): schaft, Uni Potsdam, 2004 (angenommen) study. TU Berlin, Fakultät VIII Wirtschaft und Max-Rubner Preis der Deutschen Gesellschaft für Management, 2004 Michael Ristow (KLE): Ernährung und der Deutschen Gesellschaft für C3-Professur Experimentelle Ernährungs- Innere Medizin, 2003 Ulrike Pabel (ETOX): medizin, Lehrstuhl für Ernährungsmedizin Stabile Expression von Sulfotransferasen – Joachim Spranger (KLE): (Prof. Hans Hauner), TU München, 2004 allein oder in Kombination mit Cytochrom P450 Silvia-King-Preis der Deutschen Diabetes- (abgelehnt) – in Zelllinien für Mutagenitätsuntersuchungen. Gesellschaft, 2004 C4-Lehrstuhl für Humanernährung, Institut Uni Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2003 für Ernährungswissenschaften, Friedrich- Leona Plum (PHA): Schiller-Universität Jena, 2004 (angenommen) Dissertationen · Dissertations Identifizierung und Charakterisierung von Annette Schürmann (PHA): Bernd Bufe (MOGE): Suszeptibilitätsloci für Typ-2-Diabetes mellitus C3-Professur Pharmakologie, Institut für Charakterisierung von Bitterrezeptoren. in einem Mausmodell für das Metabolische Veterinärpharmakologie, Justus-Liebig- Uni Potsdam, Math.-Nat. Fakultät, 2003 Syndrom. RWTH Aachen, Med. Fakultät, 2003 Universität Gießen, 2004 (abgelehnt) Maren Daenzer (EST): Christine Rössler (PML): Einfluss hoher Nahrungsproteinzufuhr auf die Herstellung und Charakterisierung von resi- Patente · Patents 2003–2004 prä- und postnatale Entwicklung sowie Parameter stenter Stärke aus Getreide und ihr Einfluss Bitter taste receptors (MOGE) des Energiestoffwechsels. Uni Potsdam, auf die Gallensäuren bei der TNBS-Ratten- Angemeldete Marke zu GUSTOGEN (MOGE) Math.-Nat. Fakultät, 2003 colitis. FU Berlin, Med. Fakultät, 2003 Rekombinantes Zellsystem zur Deorphanisie- Simone Florian (PML): Natalia Rudovich (KLE): rung von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren Immunhistochemische Charakterisierung pathologi- Anwendung eines hyperglykämischen (MOGE) scher Veränderungen bei der sporadischen kolorek- Glukoseklemmtests mit drei unterschiedli- talen Karzinogenese und chronisch entzündlichen chen Secretagogen für die Phänotypisierung Verfahren zur Expressionsveränderung von Darmerkrankungen; Präventionsstrategien mit resi- der frühen metabolischen Veränderungen bei Polypeptiden in rekombinanten Expressions- stenter Stärke Typ III – experimentelle Studien am erstgradigen Verwandten von Patienten mit systemen (ETOX) DMH und TNBS-Modell. Charité – Universitätsmed. Typ 2 Diabetes Mellitus. FU Berlin, Med. Agonist of bitter taste receptor and uses Berlin, Campus Benjamin Franklin, 2004 Fakultät, 2003 thereof (MOGE) Veranstaltungen Lectures and Conferences 59

2003

Rehbrücker Kolloquien Rehbrücker Lectures

15. 01. 2003 Mark J. Zoller Developing novel modulators of taste and smell Research Senomyx Inc., La Jolla, USA 22. 01. 2003 Günter Vollmer Phytoestrogens – Toys, tools, or more? Institut für Zoologie, Dresden 29. 01. 2003 Bruno Viertel Reproduktionstoxikologie: Ein Beitrag zur Arzneimittelsicherheit Boehringer Ingelheim Pharma KG 19. 02. 2003 Dirk Haller TGF-beta-activated Smad signaling inhibits enteric bacteria-induced NF␬B Wissenschaftszentrum Weihenstephan, activation and inflammatory gene expression in intestinal epithelial cells TU München 02. 04. 2003 Jutta Dierkes Nutritional, genetic, and environmental determinants of Institute of Clinical Chemistry, Magdeburg hyperhomocysteinemia – implications for cardiovascular risk 11. 04. 2003 Mads Tang-Christensen Pre-proglucagon derived peptides and their role in regulation of food intake University of Copenhagen, DK and body weight 16. 04. 2003 Annette Beck-Sickinger Signal recognition and transduction of neuropeptide Y: Universität Leipzig A molecule involved in hunger, stress and memory 28. 04. 2003 Volker Arlt DNA adduct formation and metabolic activation of the environmental Institute of Cancer Research, Sutton, Surrey, UK contaminant 3-nitrobenzanthrone 23. 05. 2003 Alfred Zyball Lebensmittelbestrahlung: Technik und Einsatzmöglichkeiten Beta-Gamma-Service, Wiehl 12. 06. 2003 Bernhard Hennig Nutrition and PCB toxicity in the vascular endothelium: Implications in University of Kentucky, USA atherosclerosis 19. 06. 2003 Tobias Pischon Association of polyunsaturated fatty acid intake and physical activity School of Public Health, Harvard, USA with markers of inflammation in US men and women 13. 08. 2003 Michael Murkovic Bioavailability of anthocyanes from elderberry (Sambucus nigra) Graz University of Technology, AU 03. 09. 2003 Stefan Bornstein Stress and overweight: Neuroendocrine strategies for the therapie of obesity Universitätsklinikum Düsseldorf 19. 09. 2003 David Josephy Human enzymes of drug metabolism expressed in E. coli: Studies of wild-type University of Guelph, CAN and variant NAT2 and P450 1A2 proteins 19. 11. 2003 Lauren Lissner The epidemic of obesity and chronic disease occurrence Gothenburg University, DK 27. 11. 2003 Ben van Ommen Nutrigenomics, nutritional systems biology, and NuGO TNO Food and Nutrition Research, Zeist, NL 03. 12. 2003 Nicole Soranzo Evidence for selection at bitter taste selection genes University College, London, UK 05. 12. 2003 Ed Leiter Negative heterosis: Molecular and biochemical genetic mechanisms for Jackson Laboratory, Bar Harbor, USA impaired phosphatidylcholine metabolism in obese (NON x NZO) F1 mice

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

10. 01. 2003 Fortbildung, UKBF, Berlin Fortschritt und Praxis in der Endokrinologie Andreas F.H. Pfeiffer, Abt. Klinische Ernährung 29. 01. 2003 4. Diabetologie-Seminar, UKBF, Berlin Diabetologie Andreas F.H. Pfeiffer, Abt. Klinische Ernährung 07. 05. 2003 Fortbildung, UKBF, Berlin Endokrinologie Andreas F.H. Pfeiffer, Abt. Klinische Ernährung 60

16. 05. 2003 DFG-Rundgespräch, Potsdam-Rehbrücke Ursachen hyperkalorischer Ernährung Hans-Georg Joost, DIfE 23.–25. 05. 2003 Praxiskurs, Potsdam-Rehbrücke Ernährungsmedizin Andreas F.H. Pfeiffer, Abt. Klinische Ernährung 16.–26. 06. 2003 DDG-Fortbildungskurs (80 h), Potsdam-Rehbrücke Diabetologie Andreas F.H. Pfeiffer, Abt. Klinische Ernährung 14.–25. 07. 2003 Summer School, Potsdam-Rehbrücke Grundlagen der Ernährungsepidemiologie Heiner Boeing, Abt. Epidemiologie, in Zusammenarbeit mit dem Berliner Zentrum Public Health und dem Forschungsinstitut für Kinderernährung, Dortmund 01.–02. 12. 2003 Workshop mit EU-Partnern, Potsdam-Rehbrücke Isoheart Hans-Joachim Zunft und Corinna Koebnick, Abt. Interventionsstudien 08.–09. 12. 2003 DFG-Rundgespräch, Potsdam-Rehbrücke Prägung und Anpassung: Die Regulation von Energiebilanz und Hans-Georg Joost, DIfE Fettspeicherung

2004

Rehbrücker Kolloquien Rehbrücker Lectures

28. 01. 2004 Edith Feskens Insight into the metabolic syndrome from population-based studies National Institute of Public Health and the Environment, Bilthoven, NL 18. 02. 2004 Ulrich Schlemmer Significance of phytic acid for humans and animals and its change during Bundesanstalt für Ernährung, Karlsruhe digestion in the gut – Studies in pigs as model for humans 25. 02. 2004 Nick Wareham Diabetes genes Strangeways Research Laboratory, Cambridge, UK 03. 03. 2004 Klaus Rohde Haplotype estimation from multilocus SNP genotypes and their use in Max-Delbrück-Centrum, Berlin-Buch association studies 17. 03. 2004 Ulrich Nordheim An appropriate method to test pharmacological and molecular tool Universität Basel, CH compounds in vivo 08. 04. 2004 Danielle Reed The genetics of human bitter perception Monell Chemical Senses Center, Philadelphia, USA 28. 04. 2004 Matthias Laska Making sense out of scents: Comparative studies of olfactory performance University of Munich Medical School 18. 05. 2004 Thorkild Soerensen NUGENOB (Nutrient Gene Interaction in Human Obesity): Results so far Institute of Preventive Medicine, Copenhagen, DK 10. 06. 2004 Charles N. Falany Amino acid conjugation of bile acids in human tissues University of Alabama, Birmingham, USA 16. 06. 2004 Claudia Stark Carcinogenicity testing: Animal models used in toxicology Schering AG, Berlin 23. 06. 2004 Thomas Konrad Strategies of preventive care: Insulin resistance and endothelial dysfunction Institute for Metabolic Research, Frankfurt – the school project, the “praxis” project and the city project 18. 08. 2004 Jan Alexander Animal models of colon carcinogenesis Norwegian Institute of Public Health, Oslo, N 15. 09. 2004 Stephan Herzig Transcriptional control of insulin sensitivity and glucose homeostasis German Cancer Research Center, Heidelberg 16. 09. 2004 Angelo del Parigi Functional neuroimaging of the brain's response to meal consumption in National Institute of Diabetes & Digestive & humans Kidney Diseases of the National Institutes of Health (NIH/NIDDK), Phoenix, Arizona, USA 61

06. 10. 2004 Susanne Neschen Mice lacking mitochondrial glycerol-3-phosphate acyltransferase 1 (mtGPAT1) Howard Hughes Medical Institute, New Haven, are protected from high-fat diet induced hepatic insulin resistance Connecticut, USA 13. 10. 2004 Ian Rowland Diet gut microflora interactions in colon cancer University of Ulster, IRE 20. 10. 2004 Ulrich Schweizer Molecular biology of selenoproteins – unexpected functions in the brain Charité Universitätsmedizin Berlin revealed by gene targeting 27. 10. 2004 Martin Hrabé de Angelis Mutagenesis and the German mouse clinic – mouse models for human diseases GSF Neuherberg 17. 11. 2004 Svetlana A. Limborskaya Molecular genetic study of common diseases (coronary heart disease and Institute of Molecular Genetics, Russian Academy NIDDM) in the Russian population of Science, Moscow, RU 13. 12. 2004 José Ordovas Integration and analysis of nutrigenetic population data from the Americas Tufts University, Boston USA and Asia

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

31. 03. 2004 Fortbildung, Charité/CBF Neues zu Parathormon Andreas F.H. Pfeiffer, Abt. Klinische Ernährung 01.–03. 04. 2004 55. Moosbacher Kolloquium, Moosbach How nutrients influence gene activity Regina Brigelius-Flohé, DIfE and Josef Köhrle, Charité 18.–20. 06. 2004 Praxiskurs, Potsdam-Rehbrücke Ernährungsmedizin Andreas F.H. Pfeiffer, Abt. Klinische Ernährung 23. 06. 2004 Fortbildung, Charité/CBF Kontroversen in der Diabetesbehandlung Andreas F.H. Pfeiffer, Abt. Klinische Ernährung 01.–02. 07. 2004 Workshop mit EU-Partnern, Potsdam-Rehbrücke NutriSenex Hans-Joachim Zunft, Abt. Interventionsstudien 19.–30. 07. 2004 Summer School, Potsdam-Rehbrücke Grundlagen der Ernährungsepidemiologie Heiner Boeing, Abt. Epidemiologie, in Zusammenarbeit mit dem Berliner Zentrum Public Health und dem Forschungsinstitut für Kinderernährung, Dortmund 26. 07. 2004 Symposium der DFG-Forschergruppe 441, Mechanismen der normalen und gestörten Insulinwirkung Potsdam-Rehbrücke Hans-Georg Joost, Abt. Pharmakologie 28. 11. 2004 2. Arbeitstreffen des DFG Verbundforschungs- Plant flavonoids and polyphenols: Towards a better understanding of programms, Potsdam-Rehbrücke molecular mechanisms of action to benefit/risk evaluation Michael Blaut, Abt. Gastrointestinale Mikrobiologie Presse- und Öffentlichkeitsarbeit 2003–2004 62

Press and Public Relations 2003–2004

Why are some people fat and others thin? Warum sind manche Menschen dick und den Medien. Das große regionale und über- Why does one person like broccoli and the andere dünn? Warum liebt der eine Brokkoli, regionale Interesse der Journalisten spiegelte other one hates it? Is Atkins better than während der andere ihn hasst? Ist Atkins sich nicht zuletzt in der großen Pressereso- LOGI? And what does lowcarb and glyx besser als LOGI? Und was verbirgt sich hinter nanz wider (S. 64/65). mean? Our office of Press and Public Lowcarb und Glyx? Fragen wie diese gehör- Die Teilnahme an wissenschaftlichen Kon- Relations had to answer these or similar ten in den letzten 2 Jahren zum Alltag der gressen und Meetings trug dazu bei, auf questions frequently. The evaluation of Pressestelle. Besonders die Einschätzung der dem neuesten Stand in Sachen Ernährung zu carbohydrate-reduced diets (e.g., Atkins kohlenhydratreduzierten Diäten (z.B. Atkins- sein und uns mit Wissenschaftlern anderer diet) and the discussion on changes in the Diät) und die Diskussion um eine Umstellung Institutionen und Medienvertretern auszu- nutritional pyramid were special topics to der Ernährungspyramide waren beliebte tauschen. Um auch institutsintern Neuig- be dealt with by our staff. Themen. keiten zu vermitteln und zur Kommunikation Numerous questions from interested jour- Mitarbeiterinnen der Pressestelle beantwor- anzuregen, erscheint regelmäßig die elektro- nalists and other persons were answered teten täglich zahlreiche telefonische und nische DIfE-Info, die seit 2003 die gedruckte by telephone and mail. DIfE experts gave schriftliche Anfragen von Bürgern und Version der Mitarbeiterzeitschrift ersetzt. Sie interviews in the media and provided jour- Journalisten zu den verschiedensten Themen weist u.a. auf interessante Vorträge, Kon- nalists with press releases. The strong inter- rund um die Ernährung. Wir vermittelten gresse sowie spannende Artikel aus der est of journalists is reflected by the many DIfE-Experten an die Medien oder standen Forschung hin. articles appearing in the press (p. 64/65). selbst als Interviewpartner zur Verfügung: Weiterhin konnten wir die Überarbeitung Auskünfte zu Übergewicht und Diabetes, unserer website erfolgreich abschließen: Participation in scientific conferences and Krebsentstehung, Geschmacksforschung, www.dife.de präsentiert sich nun in einem meetings kept us up to date on the latest Probiotika und Nahrungsergänzungsmitteln neuen Design. Struktur und Inhalt der web- topics in nutrition science and gave us the (um nur einige zu nennen) waren dabei site wurden aktualisiert und können nun zu opportunity to exchange information with ebenso gefragt wie die wissenschaftliche großen Teilen mittels Redaktionssystem scientists from other institutions, and with Einschätzung neuer Lebensmittel-Trends und gepflegt werden. representatives of the media. As an internal Diäten. Mit Pressemitteilungen und Stellung- Die Präsentation des DIfE auf zahlreichen newsletter, the electronic DIfE-Info appears nahmen informierten wir Journalisten und Veranstaltungen war nicht zuletzt durch das regularly, having replaced the printed ver- Öffentlichkeit über wichtige Forschungs- große Engagement vieler DIfE-Mitarbeiter sion of the staff magazine in 2003. It ergebnisse unserer Wissenschaftler. Zudem erfolgreich und wir möchten uns an dieser announces interesting lectures, confer- stärkten Hintergrundgespräche und Presse- Stelle ganz herzlich dafür bedanken! ences, and exciting research articles. In konferenzen die gute Zusammenarbeit mit addition, we have successfully redesigned our website www.dife.de. Presentation of DIfE at numerous events was successfully done thanks to the great assistance of many DIfE staff members that we highly appreciate!

In dialog with the public — highlights 2003

May 6: At the Parlamentarischer Abend der C Leibniz-Gemeinschaft in Berlin, DIfE staff members demonstrated the measurement of basal energy expenditure by calorimetry (Fig. ᭿1 ).

May 17: At the centennial of Rehbrücke and the 775-year anniversary of the found- A ing of Bergholz, DIfE presented the history of nutrition research, from 1945 to 1985.

᭿1 Brandenburgtag (September 6, 2003): (A) Dr. Bernd Bufe presenting various taste tests; (B) Dr. Gunda Backes being interviewed by B D Inforadio; (C) Measuring the basic energy expenditure on volunteers at the Parlamentarischer ᭿1 Brandenburgtag (6. September 2003): (A) Dr. Bernd Bufe präsentiert verschiedene Geschmackstests; Abend der Leibniz-Gemeinschaft; (D) Paul Pfluger (B) Dr. Gunda Backes im Interview mit Inforadio; (C) Messung des Grundumsatzes an freiwilliger Versuchs- during TV takes in the Department of person auf dem Parlamentarischen Abend der Leibniz-Gemeinschaft; (D) Paul Pfluger bei Fernsehaufnah- Biochemistry of Micronutrients (BIM). men in der Abteilung Biochemie der Mikronährstoffe (BIM). 63

᭿2 Tag der Offenen Tür (June 11, 2004): (A) Visitors at the stand of the Department of Pharmacology (PHA); (B) Panel of experts on the topic Overweight – a weighty problem!?

May 21: The TV station SFB (now RBB Berlin) invited staff members to participate in the science program Quivive’s project Fit im Frühling.

A B September 6: A further highlight in 2003 ᭿ 2 Tag der Offenen Tür (11. Juni 2004): (A) Besucher am Stand der Abteilung Pharmakologie (PHA); was Brandenburgtag in Potsdam, where (B) Expertenrunde zum Thema Übergewicht – ein schwerwiegendes Problem!? DIfE took part at a science fair (Fig. ᭿1 ).

Im Dialog mit der Öffentlichkeit – Höhepunkte 2004 September 18: DIfE had a Tag der Offenen Tür for school students, giving them the 2003 4. April: Im Potsdamer Alten Rathaus fand opportunity to see DIfE’s laboratories and im Rahmen der Veranstaltungsreihe 6. Mai: In Berlin fand der Parlamentarische to gain insight into nutrition research. Potsdamer Köpfe die Sonntagsvorlesung von Abend der Leibniz-Gemeinschaft statt. DIfE- Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost statt. Sein Mitarbeiterinnen (Dr. Christiana Einig, Petra Thema: Diktieren die Gene was wir essen? 2004 Wiedmer) führten auf dieser Veranstaltung Dabei erklärte er die Adipositasentstehung Grundumsatz-Messungen mittels Kalori- April 4: In Potsdam’s Old Town Hall, as part auf genetischer Ebene am Modell der New metrie durch (Abb. ᭿1 ). of the lecture series Potsdamer Köpfe, the Zealand Obese-Maus. Sunday lecture of Prof. Dr. Dr. Hans-Georg 17. Mai: Das 100-jährige Bestehen des 3.–5. Juni: Dr. Bernd Bufe beteiligte sich Joost took place. His topic: Do genes dictate Ortsteils Rehbrücke und das 775-jährige zusammen mit dem Forschungsinstitut für what we eat? Bestehen des Ortsteils Bergholz nahm das Molekulare Pharmakologie in Berlin (Max- DIfE zum Anlass, sich am Festumzug in Planck-Institut) an der ScienceFair auf dem June 3–5: Dr. Bernd Bufe, along with the Bergholz-Rehbrücke zu beteiligen und an die Berliner Breitscheidplatz. Unter der Schirm- Research Institute of Molecular Geschichte der Ernährungsforschung in den herrschaft von Wolfgang Thierse, Präsident Pharmacology (Max-Planck Institute) in Jahren 1945 bis 1985 zu erinnern. des Deutschen Bundestages, konnten Schüler Berlin, participated at the Science Fair in und andere interessierte Besucher mit allen Berlin, under the patronage of Wolfgang 21. Mai: Der damalige SFB (jetzt RBB Berlin) Sinnen Geschmack erleben und mehr über Thierse, President of the Bundestag. lud im Rahmen der Wissenschaftssendung die Funktion des Geschmackssinns erfahren. Quivive zur Aktion Fit im Frühling ein. June 11: DIfE had a Tag der Offenen Tür for Mitarbeiterinnen der DIfE-Pressestelle prä- 11. Juni: Das DIfE lud wissenschaftsinteres- visitors interested in science. The program sentierten die Themen Zucker in Getränken sierte Gäste zum Tag der Offenen Tür ein. included tours of the laboratories and pre- und Fette in Lebensmitteln, bestimmten den Auf dem Programm standen Laborführungen sentations of research results. In a panel of Körperfettanteil von Besuchern und standen und die Präsentation neuer Forschungs- experts, scientists of DIfE discussed the für Fragen rund um die Adipositasforschung ergebnisse. Wissenschaftler des DIfE disku- topic: Overweight – a weighty problem!? ᭿ zur Verfügung (Dr. Susanne Schelosky, Dr. tierten in einer Expertenrunde mit interes- with interested guests (Fig. 2 ). Gunda Backes). sierten Gästen das Thema Übergewicht – ein schwerwiegendes Problem!? (Abb. ᭿2 ) November 4: DIfE took part in the Health 6. September: Ein weiterer Höhepunkt des Conference Gesundheitskonferenz – Jahres 2003 war der Brandenburgtag in 4. November: Das DIfE beteiligte sich an der Gesunde Stadt Potsdam, and thus con- Potsdam. Das DIfE war zusammen mit ande- Gesundheitskonferenz – Gesunde Stadt tributed with its scientific input to regional ren Instituten der Landesvereinigung außer- Potsdam und lieferte damit einen wissen- health education. universitärer Forschungseinrichtungen in schaftlichen Input zur regionalen Gesund- Brandenburg (LAUF e.V.) auf dem Wissen- heitsaufklärung (Dr. Gunda Backes, November 10: Tag der Wissenschaft und schaftsmarkt vertreten. Wissenschaftler des Dr. Christiana Einig). Forschung for school students took place in DIfE gaben Interviews und präsentierten Frankfurt/Oder under the patronage of neue Erkenntnisse aus der Forschung. Neben 10. November: Der Tag der Wissenschaft und Prof. Dr. Johanna Wanka, Minister of der Ernährungsberatung waren besonders Forschung fand diesmal in Frankfurt/Oder Science, Research, and Culture of die von Dr. Bernd Bufe durchgeführten unter der Schirmherrschaft von Prof. Dr. Brandenburg. Scientists of DIfE participated Geschmackstests sowie die Messungen des Johanna Wanka, Ministerin für Wissenschaft, with a lecture on The effect of genes on Körperfettgehalts (Dr. Dieter Johnsen, Eileen Forschung und Kultur des Landes Branden- eating behavior, and showed how obesity Nebel) sehr gefragt (Abb. ᭿1 ). burg statt. Das DIfE beteiligte sich mit einem research is done at a genetic level. Vortrag zum Thema Einfluss der Gene auf das 18. September: Das DIfE öffnete seine Türen Essverhalten und zeigte interessierten für Schüler und gab ihnen die Gelegenheit, Schülern, wie auf genetischer Ebene Adipo- Labore und verschiedene Projekte des DIfE zu sitasforschung betrieben wird (Dr. Gunda besichtigen und einen Einblick in die Backes, Dr. Andrea Scheepers, Stephan Ernährungsforschung zu bekommen. Scherneck). Das DIfE im Hörfunk und TV 2003–2004 64 (Auswahl)

Medium Titel und Thema der Sendung Verantwortlicher MDR – MDR 3 Hauptsache gesund: Hunger entsteht im Kopf Prof. Dr. Susanne Klaus ORB Currywurst und Pommes Prof. Dr. Susanne Klaus, Prof. Dr. Hans-Joachim Zunft Inforadio Nährstoffe im Körper – Jahr der Chemie Prof. Dr. Susanne Klaus SWR Warum Weshalb Wieso: Dr. Matthias Tschöp, Warum wir dick werden Prof. Dr. Hans-Joachim Zunft ORB – Antenne Brandenburg Ratgeber: Trinken – aber reichlich Dr. Gunda Backes WDR Servicezeit Kostprobe: Körperzusammensetzung Dr. Ulrike Trippo N-TV Nachrichten – DGE-Tagung: Prävention und Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Therapie Diabetes mellitus Typ 2 ARD Tagesthemen: Tomatentest, Geruchs- Dr. Stephan Hoyer Geschmackslabor Sat 1 Blitz: Diäten Dr. Gunda Backes N 24 Wirtschaftsmagazin: Nahrungsergänzungs- Prof. Brigelius-Flohé mittel DW Fernsehen Projekt Zukunft: Adipositas und Ursachen Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost MDR Hauptsache gesund: Pre- und Probiotika Prof. Dr. Michael Blaut RBB Berlin Quivive: Frühstück für Kinder Dr. Christiana Einig 3SAT Nano: Fällt die Ernährungspyramide? Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost, Dr. Sandra Kluge, Dr. Hartmut Schulz MDR Wirtschaft und Verbraucher: Gewichts- Dr. Christiana Einig management über Weihnachten Inforadio DIfE-Präsentation am Brandenburgtag Dr. Gunda Backes N24 Schokolade für die Seele Dr. Christiana Einig RBB Berlin Einsteins Erben: Nahrungsergänzungsmittel Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohe ZDF Morgenmagazin: Fast Food und Convenience Dr. Gunda Backes Food WDR 2 Service-Zeit: Fasten Prof. Dr. Susanne Klaus RBB Quivive: Vegetarismus Dr. Corinna Koebnick Deutsche Welle Projekt Zukunft: Geschmack, Geruch Dr. Bernd Bufe, Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof Bayrischer Rundfunk Archimedes: Fasten – Formel für ein langes Leben? Prof. Dr. Susanne Klaus ARD Sinn und Unsinn von Diäten Prof. Dr. Andreas Pfeiffer Inforadio Eine Sache der Gene? Stand der Forschung Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Deutschlandfunk Journal am Vormittag: Experte zum Thema Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Adipositas Inforadio Der gesunde Mittelweg Prof. Dr. Hans-Joachim Zunft XXP Medizin und Forschung: Übergewicht/Diäten Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Spiegel-TV MMX Atkins-Diät Prof. Dr. Andreas Pfeiffer Deutschlandfunk Studiozeit: Atkins, Übergewicht Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost, Dr. Christiana Einig Inforadio Abnehmen ohne etwas dafür zu tun – wie weit Prof. Dr. Andreas Pfeiffer ist die Forschung? WDR 5 Leonardo: Doch kein Appetitzügler – Wirkung Dr. Matthias Tschöp, des Sättigungshormons PYY nicht nachweisbar Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost, DIfE Radio 1 12 Uhr mittags: Experte zum Film super-size-me Dr. Gunda Backes MDR Hauptsache gesund: Probiotika Prof. Dr. Michael Blaut Deutschlandradio Gut für das Fach: Nobelpreis für Geruchsforscher Dr. Dietmar Krautwurst WDR 5 Umami – die fünfte Geschmacksqualität Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof Österreichischer Rundfunk Radiokolleg: Dick und Dünn Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost, Radio Ö1 Prof. Dr. Andreas Pfeiffer, Prof. Dr. Susanne Klaus, Prof. Dr. Heiner Boeing, Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof, Prof. Dr. Hans-Joachim Zunft Das DIfE in den Printmedien 2003–2004 (Auswahl) 65

Medium Titel des Beitrags Verantwortlicher The Press and Journal, Aberdeen Genetic code may hold answers Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Tagesspiegel Rezepte für einen gesunden Lebensstil Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost, Prof. Dr. Andreas Pfeiffer, Dr. Matthias Tschöp Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung Neue Waffe gegen Volkskrankheit Diabetes Prof. Dr. Andreas Pfeiffer, Dr. Joachim Spranger Ärztezeitung Gemüseliebhaber haben weniger Krebs Prof. Dr. Heiner Boeing Märkische Allgemeine Zeitung Mensch und Maus ähneln sich Dr. Christa Thöne-Reineke, Dr. Reinhart Kluge Tagesspiegel Süßes im Blut Prof. Dr. Andreas Pfeiffer, Prof. Dr. Heiner Boeing AOK Gesundheitsmagazin Abnehmen Dr. Christiana Einig Frankfurter Allgemeine Zeitung Riskante Mahlzeiten: Lebensmittel tierischer Herkunft Anja Schienkiewitz könnten sicherer sein Spektrum der Wissenschaft Macht gesunde Ernährung krank? Prof. Dr. Christian Barth, Prof. Dr. Heiner Boeing Süddeutsche Zeitung Nie mehr bittere Pillen Dr. Bernd Bufe Neue Apotheken Illustrierte Wann kommt die Antifettpille? Dr. Matthias Tschöp Berliner Zeitung Weniger Darmkrebs durch Ballaststoffe Prof. Dr. Heiner Boeing Die Süddeutsche Fett gegen den Bauch Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Tagesspiegel Neue Hoffnung bei Altersdiabetes PD Dr. Michael Ristow, Prof. Dr. Andreas Pfeiffer Berliner Zeitung Kopf und Bauch Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Tagesspiegel Essen wie am Mittelmeer Dr. Gunda Backes Märkische Allgemeine Zeitung Spitzenforschung in Rehbrücke Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Stern Spezial Gesund leben Keine Angst vorm Fett Prof. Dr. Andreas Pfeiffer Neue Züricher Zeitung am Sonntag Was der probiotische Joghurt mit der Darmflora anstellt Prof. Dr. Michael Blaut Berliner Morgenpost Mit Fett gegen Fett Dr. Christiana Einig Berliner Zeitung Nahrungspräferenz Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost, Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof Potsdamer Neueste Nachrichten Molekül zur Traumfigur – DIfE erforscht Diabetes Dr. Susanne Schelosky und Adipositas Ökotest Kompakt Pillen gegen das schlechte Gewissen Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohé Stern Mit Köpfchen gegen den Bauch Dr. Christiana Einig Die Zeit Special: Adipositas Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Welt am Sonntag Ernährungsexpertin sieht „Anti-Aging-Diäten“ kritisch Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohé Berliner Morgenpost Gesund essen – gesund abnehmen Dr. Christiana Einig Die Zeit Kampf der Mehlspeise Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Financial Times Deutschland Weg mit dem Mief – Geruch und Geschmack Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof Welt am Sonntag Zu viele Burger für die Bürger Dr. Gunda Backes focus-online Knochenpower aus der Nahrung Dr. Christiana Einig Tagesspiegel Ein Band für schwere Fälle Prof. Dr. Andreas Pfeiffer Le scienze Obesità e tumore del seno Dr. Petra Lahmann Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung Fettleibigkeit: Eine Katastrophe weniger Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Deutsches Ärzteblatt Das Körpergewicht, die Hormontherapie und das Dr. Petra Lahmann Brustkrebsrisiko Stern Richtig essen – aber was denn nun? Prof. Dr. Susanne Klaus, Prof. Dr. Heiner Boeing Süddeutsche Zeitung Von der perfekten Schlankheitspille bleiben nur Dr. Matthias Tschöp, dürre Träume Prof. Dr. Susanne Klaus Stern Wieviel Vitamine sind gesund? Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohé Financial Times Deutschland Studie alarmiert Getränkeindustrie in den USA Prof. Dr. Heiner Boeing Der Spiegel Bewegte Kindheit Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Gäste und Begegnungen 66 Guests and Meetings

Das DIfE konnte neben zahlreichen Wissen- DIfE was able to welcome not only scientists schaftlern aus aller Welt (siehe Rehbrücker from all over the world (see Rehbrücker Kolloquien, S. 59–61), interessierten Bürgern, Lectures, p. 59–61), interested individuals, Schüler- und Seniorengruppen auch Politiker groups of school students and senior citizens, als Gäste willkommen heißen: but also politicians:

26. Februar 2003: February 26, 2003: Katherina Reiche of the Katherina Reiche, CDU, bildungs- und for- CDU Party, expert on education and research schungspolitische Sprecherin der CDU/CSU- of the CDU/CSU in the German Parliament Bundestagsfraktion, CDU-Bundestags- (Bundestag), member of the Bundestag abgeordnete March 26, 2003: 26. März 2003: Andrea Wicklein of the SPD Party, member of Andrea Wicklein, SPD-Bundestagsabgeordnete the Bundestag

06. Mai 2004: May 6, 2004: Nobert Glante, EU-Abgeordneter Norbert Glante, member of the European Parliament 23. Juli 2004: Jörg Schönbohm, CDU, Innenminister des July 23, 2004: Landes Brandenburg Jörg Schönbohm of the CDU Party, Minister of the Interior, State of Brandenburg 23. Juli 2004: Gerhard Ling, CDU, Bürgermeister der July 23, 2004: Gemeinde Nuthetal Gerhard Ling of the CDU Party, Mayor of Nuthetal Momentaufnahmen ausgewählter Besuche sind auf dieser und der folgenden Seite Snapshots of selected visits are shown on wiedergegeben. this and the following page.

28. Januar 2003 Besuch der Senioren-Wander- gruppe Stern von der Akademie 2. Lebens- hälfte; Vortrag über Die 10 Regeln der DGE und Gesunde Ernährung im Alter; Vortragende: Dr. Schelosky und Dr. Johnsen January 28, 2003 Visit by a senior citizens’ hiking group; lecture on The ten rules of the German Nutrition Society and Healthy nutrition for senior citizens; lecturers: Dr. Schelosky and Dr. Johnsen.

Jeweils Januar bis April 2003/2004; Kurs Ernährungsmedizin der Ernst-von- Bergmann-Akademie für ärztliche Fortbildung der Ärztekammer Berlin, der Akademie für ärztliche Fortbildung der Landeskammer Brandenburg und des DIfE. Intensive Lernwochenenden für Kursteilnehmer... In 2003 and 2004, from January to April, the course Nutritional Medicine of the Ernst-von-Bergmann Academy for further training of physicians of the Berlin 26. März 2003 SPD-Bundestagsabgeordnete Frau Wicklein besucht das DIfE Medical Association, of the Academy for further training of physicians of the v.l.n.r.: Dr. Schäfer, Prof. Dr. Dr. Joost, Frau Wicklein Brandenburg State Medical Association, and of DIfE. Intensive weekends of March 26, 2003 Ms Wicklein (SPD), a member of the German Parliament learning for the participants... (Bundestag), visits DIfE 67

8. Juni 2004 Besuch vom Forschungszentrum Rossendorf, 18 Auszubildende, 8 Ausbilder sowie der Kaufmännische Direktor, Dr. Joehnk (r.) June 8, 2004 18 apprentices, 8 instructors, as well as the administrative director, Dr. Joehnk (r.) of the Forschungszentrum Rossendorf visit DIfE

13. Februar 2004 Besuch der Bioolympioniken February 13, 2004 Participants of the Olympic Games in Biology visit DIfE

22. Juli 2004 Summer School Epidemiologie July 22, 2004 Summer School in Epidemiology

23. Juli 2004 Besuch von Herrn Schönbohm (CDU), Innenminister des Landes Brandenburg; Frau Prof. Dr. Schürmann gibt einen Überblick über die Forschungsarbeiten der Abteilung Pharma- kologie (PHA) July 23, 2004 Mr Schönbohm (CDU), Brandenburg’s Minister of the Interior visits DIfE; Prof. Dr. Schürmann informs the Minister about the research projects of the Department of Pharmacology (PHA)

15. September 2004 Besuch einer 8. Klasse der Friedrich-Wilhelm- von-Steuben- Gesamtschule September 15, 2004 Visit by eighth-grade students of the 12. November 2004 NuGO (European Nutrigenomics Organization) 2nd Friedrich-Wilhelm-von- Governing Council Meeting: Konferenzteilnehmer im Gespräch; hinten v.r.n.l.: Steuben-Gesamtschule Prof. Dr. Mathers (University of Newcastle, UK); Prof. Dr. Morgan (Rowett Research Institute, UK); Prof. Dr. Palou (University of the Balearic Islands, E); Prof. Dr. Dr. Joost (DIfE German Institute of Human Nutrition, D); Dr. Schäfer (DIfE German Institute of Human Nutrition, D); Dr. Pepping (NuGO Network Manager, NL); vorne v.l.n.r.: Dr. de Gooijer (Chairman, Director Sciences Group, Wageningen University, NL); Dr. van Ommen (TNO Nutrition and Food Research, Zeist, NL); Prof. Dr. Drevon (University of Oslo, N) November 12, 2004 Round table on occasion of NuGO (European Nutri- genomics Organization) 2nd Governing Council Meeting: back row, from right to left: Prof. Dr. Mathers (University of Newcastle, UK); Prof. Dr. Morgan (Rowett Research Institute, UK); Prof. Dr. Palou (University of the Balearic Islands, E); Prof. Dr. Dr. Joost (DIfE German Institute of Human Nutrition, D); Dr. Schäfer (DIfE German Institute of Human Nutrition, D); Dr. Pepping (NuGO Network Manager, NL); front row, from left to right: Dr. de Gooijer (Chairman, 7. Oktober 2004 Besuch einer indonesischen Wissenschaftsdelegation Director Sciences Group, Wageningen University, NL); Dr. van Ommen (TNO October 7, 2004 Visit by an Indonesian science delegation Nutrition and Food Research, Zeist, NL); Prof. Dr. Drevon (University of Oslo, N) Mitarbeiter 2003/2004 68 Staff 2003/2004

Vorstand Scherneck, Stephan, Pharmazeut Rudovich, Natalia, Dr. Drogan, Dagmar, Dipl.-Ern.-Wiss. Board Schmidt, Stefan, Dipl.-Biochem. Salami-Shojaie, Farideh Fallisch, Sabine Schmidt, Ulrike, Dipl.-Ern.-Wiss. (ausgeschieden am 30.04.2004) Ficht, Wilfried Glindemann, Brigitte Schmolz, Katja, Dipl.-Biol. Schlüter, Stefanie Fisher, Eva, Dr. Joost, Hans-Georg, Prof. Dr. Dr. Schürmann-Bartsch, Annette, Prof. Dr. Schulz, Tim Julius, Dipl.-Biochem. Fleischhauer, Wolfgang, Mediziner Kohlmann, Gudrun Tschöp, Matthias, Dr. (ausgeschie- Simon, Kristin Franke, Andrea (bis 31.01.2003) Lammersmann, Monika den am 31.08.2003) Spranger, Joachim, Dr. Haftenberger, Marjolein, Dr. (aus- Schäfer, Judith, Dr. Warnke, Kathrin Sprengel, Katrin geschieden am 31.08.2003) Schmidt, Anke, Dr. Wiedmer, Petra, Dr. (ab 01.02.2004) Strempel, Andrea (ausgeschieden Hahn, Andreas, Dr. Schulz, Hartmut, Dr. Zahn, Claudia, Dipl.-Biol. am 31.08.2004) Harttig, Ulrich, Dr. Twilfert, Mechtild, Ärztin im Heidemann, Christin, Dipl.-Ern.-Wiss. Praktikum (ausgeschieden am Heinrich, Christine Abteilung Molekulare Genetik Abteilung Pharmakologie / 30.06.2004) Hoffmann, Kurt, Dr. Department of Molecular Genetics Arbeitsgruppe Physiologie des Voigt, Anja, Dipl.-Ern.-Wiss. Klipstein-Grobusch, Kerstin, Dr. Energiestoffwechsels Behrens, Maik, Dr. von Kraack, Wiltraut Kluge, Sandra, Dr. (ausgeschieden Department of Pharmacology / Brockhoff, Anne, Dipl.-Ern.-Wiss. Wagner, Andreas (ab 01.12.2004) am 31.07.2004) Laboratory of Physiology of the Brune, Nicole, Dipl.-Biol. Wegewitz, Uta, Dipl.-Ern.-Wiss. Kohlsdorf, Ellen Energy Metabolism Bufe, Bernd, Dr. Weickert, Martin, Dr. Konowalzyk, Madleen (ausgeschie- Carlo, Anne-Sophie, Neurobiol. Albrecht, Petra Ziegenhorn, Andrea den am 30.11.2004) Chudoba, Elke (ab 01.05.2004) Brüning, Silke Kühn, Kathrein Demgensky, Stefanie Daenzer, Maren, Dr. (ausgeschie- Lahmann, Petra, Dr. Abteilung Interventionsstudien Jäger, Ines (ab 25.06.2003, ausge- den am 30.04.2003) Nimptsch, Katharina, Department of Intervention schieden am 30.09.2004) Dorn, Maren (ausgeschieden am Dipl.-Oecotroph. Studies Kocharyan, Ara, Dr. (ausgeschieden 31.05.2003) Nöthlings, Ute, Dr. (ausgeschieden am 30.09.2003) Friedrich, Maika, Dipl.-Ern.-Wiss. Franke, Andrea (ab 01.02.2003) am 29.02.2004) Krautwurst, Dietmar, Dr. Katterle, Yvonne, Dr. Garcia, Ada, Dr. Piechot, Herbert, Dipl.- Kretzschmar, Beate Klaus, Susanne, Prof. Dr. Gründel, Sindy, Dipl.-Ern.-Wiss. Dokumentar Kuhn, Christina, Dipl.-Biol. Ortmann, Sylvia, Dr. (ausgeschie- Hanisch, Christiana, Dipl.-Oecotroph. Pischon, Tobias, Dr. Lerner, Ulrike den am 31.01.2003) (ausgeschieden am 31.10.2004) Polychronidou, Elektra Meyerhof, Wolfgang, Prof. Dr. Petzke, Klaus-Jürgen, Dr. Höhne, Antje, Dipl.-Ern.-Wiss. Ray, Jennifer, Dipl.-Ghl. Olias, Gisela, Dr. (bis 31.03.2004) Plaue, Carola (bis 31.01.2004) Hoyer, Stephan, Dr. (ausgeschieden Schienkiewitz, Anja, Pyrski, Martina, Dr. Schaller, Karin am 31.01.2004) Dipl.-Oecotroph. Raab, Barbara, Dr. (ab 01.07.2004) Sylvester, Antje Koebnick, Corinna, Dr. Schulz, Mandy, Dipl.-Ern.-Wiss. Schmiedeberg, Kristin, Dipl.-Biol. Wiedmer, Petra, Dr. (bis 31.01.2004) Lorse, Martina Schulze, Matthias, Dr. (ausgeschieden am 31.03.2004) Machowetz, Anja, Dipl.-Oecotroph. Walter, Dietmar, Dipl.-Oecotroph. Schöley-Pohl, Ellen Nicolai, Karin, Dipl.-Ing. agr. (ausgeschieden am 31.07.2003) Abteilung Klinische Ernährung Shirokova, Elena, Dipl.-Phys. Pester, Silvia Weeske, Gabriele Department of Clinical Nutrition Silkeit, Monika (ausgeschieden am Reimann, Manja, Dipl.-Ern.-Wiss. Weikert, Cornelia, Dr. 30.06.2004) Bobbert, Thomas, Dr. (ausgeschie- Ruttkowski, Katja Stähler, Frauke, Dr. den am 30.11.2003) Schröder, Renate Abteilung Ernährungstoxikologie Stepanyan, Zaruhi, Medizinerin Eisele, Isabelle, Dipl.-Ern.-Wiss. Schultz, Stefanie Department of Nutritional (ausgeschieden am 30.09.2003) (ausgeschieden am 31.08.2004) Simchen, Ulrike, Dipl.-Ern.-Wiss. Toxicology Winnig, Marcel, Dipl.-Oecotroph. Glaubitz, Markus, Dipl.-Oecotroph. (ausgeschieden am 30.06.2003) (ausgeschieden am 31.12.2003) Steiniger, Jochen, Dr. Baasanjav, Chimgee, Dipl.-Biol. Göhring, Isabel, Dipl.-Ing. Trippo, Ulrike, Dr. (ausgeschieden Bakhiya, Nadiya, Dr. Abteilung Pharmakologie Gölke, Birgit am 31.03.2004) Bauer-Marinovic, Morana, Dr. Department of Pharmacology Grosch, Sandra Ulbricht, Gottfried, Dr. (ausgeschie- Braune, Sabine Al-Hasani, Hadi, Dr. Hannemann, Melanie den am 30.06.2003) Brüning, Silke Augustin, Robert, Dr. Huckauf, Nadine Vulprecht, Dagmar Dobbernack, Gisela, Dipl.-Biol. Buchmann, Jana, Dipl.-Biochem. Jahn, Beate Wagner, Andreas (bis 30.11.2004) Engst, Wolfram, Dr. Castañeda, Tamara, Dr. (ausge- Jebautzke, Britta (ausgeschieden Wagner, Karen, Dipl.-Ern.-Wiss. Florian, Simone, Dr. schieden am 31.08.2003) am 31.12.2003) Zunft, Hans-Joachim, Prof. Dr. (aus- Glatt, Hans-Rudolf, Prof. Dr. Hommel, Angela, Dipl.-Ern.-Wiss. Kaiser, Simone, Dr. geschieden am 31.10.2004) Gumz, Christine Joost, Hans-Georg, Prof. Dr. Dr. Mietzner, Brun Henning, Hollnagel, Heli Miriam, Dipl.- Jürgens, Hella, Dipl.-Oecotroph. Dipl.-Biochem. Lebensmittelchem. (ausgeschie- Abteilung Epidemiologie Karasinsky, Anne (ab 24.06.2003) Möhlig, Matthias, Dr. den am 31.01.2004) Department of Epidemiology Kluge, Reinhart, Dr. Osterhoff, Martin, Dr. Katschak, Andrea Leicht, Katja, Dipl.-Ern.-Wiss. Pfeiffer, Andreas, Prof. Dr. Behling, Kay Knuth, Brigitte Neubert, Susanne Pomplun, Doreen, Dipl.-Ern.-Wiss. Bergmann, Manuela, Dr. Kollock, Ronny, Dipl.-Ern.-Wiss. Niehaus, Monika (ab 01.09.2004) Richter, Susann Bernigau, Wolfgang Langheinrich, Claudia, Dipl.-Ern.- Plaue, Carola (ab 01.09.2004) Richter, Susanne, Dipl.-Lebens- Boeing, Heiner, Prof. Dr. Wiss. Rischke, Brigitte mittelchem. Dietrich, Thomas, Dr. (ausgeschie- Liu, Yungang, Dr. (ausgeschieden Scheepers, Andrea, Dr. Ristow, Michael, PD Dr. den am 30.09.2003) am 30.06.2003) 69

Meinl, Walter, Dr. Jurrmann, Nadine, Dipl.-Biol. Ernährungsberatungszentrum Retusch, Michael Meyer, Elisabeth Kluth, Dirk, Dipl.-Biol. Nutritional Counseling Center Roeder, Ralph-Thomas Osterloh-Quiroz, Mandy, Dipl.- Krohn, Elvira Witzmann, Olaf Einig, Christiana, Dr. Biochem. Kuka, Daniela, Dipl.-Biol. (ausge- Wuthe, Ralf Hofmann, Christine Pabel, Ulrike, Dr. (ausgeschieden schieden am 21.03.2004) am 31.10.2003) Landes, Nico, Dipl.-Ern.-Wiss. (aus- Allgemeine Dienste / Beschaffung Schneider, Heiko, Dr. geschieden am 31.07.2003) Presse- und Öffentlichkeitsarbeit General Administration / Scholtyssek, Martina Müller-Schmehl, Katrin, Dr. (ausge- Press and Public Relations Purchasing Department Schwenk, Jutta schieden am 31.07.2003) Backes, Gunda, Dr. Solloch, Stephan, Dipl.-Lebens- Nell, Sandra, Dipl.-Biol. Gärtner, Helmut (ausgeschieden Olias, Gisela, Dr. (ab 01.04.2004) mittelchem. Pfluger, Paul, Dipl.-Biol. (ausge- am 30.06.2003) Schelosky-Lauss, Susanne, Dr. Sommer, Yasmin, Dipl.-Lebens- schieden am 31.07.2004) Gräser, Marina (ausgeschieden am 29.02.2004) mittelchem. Schindler, Regine Heinrich, Helge Stephani, Monika, Dipl.-Lebens- Schnurr, Kerstin, Dr. (ausgeschie- Hirsch, Friedhelm mittelchem. den am 31.05.2003) Bibliothek Krause, Marion Wendt, Edith (ausgeschieden am Library Liebe, Edith 30.06.2004) Osché, Elke Abteilung Gastrointestinale Heidmann, Regine Zhou, Zewen, Dr. Mirkobiologie Kollhof, Dagmar Department of Gastrointestinal Auszubildende Microbiology Informationstechnik Apprentices Arbeitsgruppe Präventiv-Medizi- Alpert, Carl-Alfred, Dr. Information Technology Fähnrich, Thomas (bis 19.06.2003) nische-Lebensmittelforschung Blaut, Michael, Prof. Dr. Großmann, Peggy Laboratory of Food Chemistry and Fähnrich, Thomas (ab 20.06.2003) Braune, Annett, Dr. Jäger, Ines (bis 23.06.2003) Preventive Nutrition Kozerke, Wolfgang, Dr. Clavel, Thomas, Dipl.-Biol. Lux, Wolfgang Jenchen, Sebastian Gruhl, Bärbel Chudoba, Elke (bis 30.04.2004) Munzke, Michael Karasinsky, Anne (bis 23.06.2003) Gühler, Anke (ab 01.05.2003) Dongowski, Gerhard, Dr. Taubert, Dieter Kumm, Ulrike Henderson, Gemma, Dipl.- Drzikova, Barbora, Dipl.-Ern.-Wiss. Schmidt, Korinna (bis 26.06.2003) Mikrobiol. (Bachelor of Science) König, Bärbel Schöttle, Doreen Hollnagel, Heli Miriam, Dipl.- Kretzschmar, Beate Personal- und Sozialwesen Tragsdorf, Tobias Lebensmittelchem. (ausgeschie- Kunkel, Bärbel (ausgeschieden am Personnel Department Woitkowiak, David den am 31.01.2004) 30.06.2003) Goetzmann, Thekla Hoschek, Laura, Dipl.-Ern.-Wiss. Maischack, Horst Ozierenski, Bärbel Lachmann, Kathrin (ausgeschieden Niehaus, Monika (bis 31.08.2004) Schmidt, Korinna (ab 27.06.2003) am 31.01.2003) Raab, Barbara, Dr. (bis 30.06.2004) Zimmermann, Karin Lehmann, Katrin, Dipl.-Ern.-Wiss. Richter, Karin (ausgeschieden am 30.06.2004) Sembries, Sabine, Dr. (ausgeschie- Mohan, Ruchika, Mikrobiologin den am 31.03.2004) Haushalts- und Rechnungswesen (Master) Stohwasser, Ralf, Dr. Bookkeeping Department Müller, Susanne, Dipl.-Ern.-Wiss. Döring, Ann-Cathrin Namsolleck, Pawel, Dipl.-Meeresbiol. Draeger, Angelika Schindler, Regine Max-Rubner-Laboratorium Findeisen, Karin Schmidt, Sabine Max Rubner Laboratory Hunkeler-Wittleder, Ruth (ausge- Sczesny, Silke, Dr. (ausgeschieden schieden am 31.07.2004) am 30.06.2004) Gaebel, Gerhard Liebe, Erika Thiel, Ralph, Dipl.-Biol. (ausgeschie- Gruener, Ines Wilke, Michaela den am 30.09.2004) Güldenpenning, Siegfried Urbich, Marion (bis 30.09.2004) Technik / Betrieb Zimmermann, Sabine Hase, Birgit Technical and Service Department Kluge, Reinhart, Dr. König, Swetlana Backers, Hans-Günter Abteilung Biochemie der Krause, Janet Bünsch, Mario Mikronährstoffe Kröner, Janina Clemens, Jörn-Steffen Department of Biochemistry of Lehmann, Ute Glindemann, Jürgen Micronutrients Plaue, Carola (ab 01.02.2004) Götsch, Horst Aust, Gerlinde Steinmeyer, Elvira Güldenpenning, Siegfried (ab Banning, Antje, Dipl.-Ern.-Wiss. Taszarski, Marlies 01.10.2004) Bittner, Jörg-Uwe Taugner, Felicitas, Dr. Gutsche, Christian (ausgeschieden Böl, Gaby Fleur, Dr. Thom, Elke am 30.06.2003) Brigelius-Flohé, Regina, Prof. Dr. Thomas, Irmgard Kirchner, Reiner Bumke-Vogt, Christiane, Dr. Thöne-Reineke, Christa, Dr. Luckmann, Andreas Deubel, Stefanie (ausgeschieden am 31.12.2003) Reißmann, Andreas (ausgeschie- Gühler, Anke (bis 30.04.2003) Weinert, Kerstin den am 31.01.2003) Organigramm 70 Stand 31. 12. 2004

Kuratorium

Vorsitzende Frau Konstanze Pistor Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg

Stellvertretender Vorsitzender MinDirig Dr. Peter Lange Bundesministerium für Bildung und Forschung

Stiftungsvorstand

Wissenschaftliches Mitglied Administratives Mitglied Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Dr. Hartmut Schulz

Forschende Abteilungen und Arbeitsgruppen

Abteilung Abteilung Abteilung Abteilung MOGE PHA KLE IVS Pharmakologie Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Molekulare Klinische Interventions- Genetik Arbeitsgruppe Arbeitsgruppe Ernährung studien EPH EST Endokrine Physiologie des Pharmakologie Energiestoffwechsels Prof. Dr. Prof. Dr. Prof. Dr. Prof. Dr. Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof Annette Schürmann Susanne Klaus Andreas Pfeiffer Hans-Joachim F. Zunft

Abteilung aufgelöst zum 31. 10. 2004

Zentrale Einrichtungen und Administration

Ernährungs- Max-Rubner- Informations- Bibliothek beratungszentrum Laboratorium technik

Dr. Christiana Einig Dr. Reinhart Kluge Dagmar Kollhof Wolfgang Lux 71

Deutsches Institut für Ernährungsforschung Wissenschaftliches Postdam-Rehbrücke Komitee Arthur-Scheunert-Allee 114-116 14558 Nuthetal Telefon +49(0)33 200-88 0 Telefax +49(0)33 200-88 444 Vorsitzender Prof. Dr. Dieter Häussinger, Düsseldorf http://www.dife.de

Wissenschaftlicher Rat Vorstandsreferentin

Vorsitzender Prof. Dr. Michael Blaut Dr. Anke Schmidt

Personalrat Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

Vorsitzender Dr. Klaus-Jürgen PetzkeDr. Gunda Backes Dr. Gisela Olias

Abteilung Abteilung Abteilung Abteilung Arbeitsgruppe EPI ETOX GAMI BIM PML

Epidemiologie Ernährungs- Gastrointestinale Biochemie der Präventiv-Medi- toxikologie Mikrobiologie Mikronährstoffe zinische Lebens- mittelforschung

Prof. Dr. Prof. Dr. Prof. Dr. Prof. Dr. PD Dr. Heiner Boeing Hans-Rudolf Glatt Michael Blaut Regina Brigelius-Flohé Ralf Stohwasser

Arbeitsgruppe aufgelöst zum 31. 12. 2004

Allgemeine Förder- Personal- und Haushalts- und Technik/Betrieb Dienste/ angelegenheiten Sozialwesen Rechnungswesen Beschaffung

Dr. Judith Schäfer Bärbel Ozierenski Michaela Wilke Jürgen Glindemann Marion Krause Organe des DIfE 72 (Stand 31.12.2004)

Kuratorium Vorsitzende Advisory Board Chairman Konstanze Pistor, Potsdam

Stellvertr. Vorsitzende Assistant Chairman MinDirig Dr. Peter Lange, Bonn

Mitglieder Members Prof. Dr. Rudi Balling, Braunschweig Prof. Dr. Gudrun Brockmann, Berlin Prof. Dr. Helmut Erbersdobler, Kiel Prof. Dr. Dr. Ulf Göbel, Berlin Prof. Dr. Dieter Häussinger, Düsseldorf Prof. Dr. Frieder Scheller, Potsdam Prof. Dr. Martin Paul, Berlin Dr. Astrid Potz, Bonn Prof. Dr. Walter Rosenthal, Berlin Prof. Dr. Otmar Wiestler, Heidelberg

Wissenschaftliches Komitee Vorsitzender Scientific Committee Chairman Prof. Dr. Dieter Häussinger, Düsseldorf

Mitglieder Members Prof. Dr. Rudi Balling, Braunschweig Prof. Dr. Gudrun Brockmann, Berlin Prof. Dr. Helmut Erbersdobler, Kiel Prof. Dr. Dr. Ulf B. Göbel, Berlin Prof. Dr. Hans-Ulrich Häring, Tübingen Prof. Dr. Peter Morgan, Aberdeen, GB Prof. Dr. Hans-Hilger Ropers, Berlin Prof. Dr. Walter Rosenthal, Berlin Prof. Dr. Peter van Bladeren, Lausanne, CH Prof. Dr. Otmar Wiestler, Heidelberg

Stiftungsvorstand Wissenschaftlicher Vorstand Board of Directors Scientific Director Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost

Administrativer Vorstand Administrative Director Dr. Hartmut Schulz

Wissenschaftlicher Rat Vorsitzender Scientific Council Chairman Prof. Dr. Michael Blaut

Personalrat Vorsitzender Staff Council Chairman Dr. Klaus-Jürgen Petzke 73

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 „Ernährungsinstitut“ (fährt i.d.R. stündlich), mit den Straßen- bahnlinien X91 (fährt nur im Berufsverkehr), 90 oder 93 bis Endhaltestelle „Bahnhof-Rehbrücke“, dann weiter mit dem Bus 611 bis Haltestelle „Ernährungsinstitut“ (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 der Regionalbahn ab Bahnhof „Alexanderplatz“, „Friedrich- straße“, „Zoologischer Garten“ in Richtung Belzig oder Dessau bis Bahnhof „Potsdam-Rehbrücke“, dann weiter wie von Potsdam oder mit dem Regionalexpress ab Bahnhof „Alexanderplatz“, „Friedrichstraße“ oder „Zoologischer Garten“ in Richtung Brandenburg oder Magdeburg bis „Potsdam-Hauptbahnhof“, dann weiter mit den Straßenbahnlinien X91 (fährt nur im Berufsverkehr), 90 oder 93, weiter wie von Potsdam oder ab „Wannsee“ mit dem Regionalexpress in Richtung Belzig oder Dessau oder mit der Regionalbahn 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, -Schönefeld oder -Tempelhof, dann wie oben beschrieben weiter mit öffentlichen Verkehrs- How to get to DIfE mitteln oder 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 X91, 90 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 X91, 90 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-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) 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 DIfE-Haupteingang, Haus E DIfE main entrance, building E

Innenhof, Haus E courtyard, building E

Bibliothek, Haus E library, building E

DIfE-Gästehaus, Gelände E DIfE guest house, premises E

Max-Rubner-Laboratorium (MRL), Gelände V Max Rubner Laboratory (MRL), premises V www.dife.de