Role of ghrelin and obestatin in the regulation of the energy homeostasis and gastrointestinal motility under normal and inflammatory conditions in mice

Obesitas is een belangrijk gezondheidsprobleem in de Westerse wereld en is geassocieerd met ernstige medische problemen die een belangrijke economische impact hebben. De regulatie van de voedselinname is een vitale functie die gereguleerd wordt door het centraal zenuwstelsel, op basis van informatie van de periferie met in het bijzonder van de gastro-intestinale tractus. Basisonderzoek dat het complexe netwerk van peptiden die de voedselinname controleren bestudeert, alsook hun algemene biologische functie onderzoekt, is daarom onontbeerlijk. Het algemene doel van deze studie was dan ook de fysiologische functie van enkele recent ontdekte eetluststimulerende/remmende peptiden, ghreline en obestatine, die gecodeerd worden door hetzelfde gen, te bestuderen alsook van een weesreceptor, de GPR39 receptor, die structureel verwant is aan de familie waartoe de ghrelinereceptor behoort. Het peptide ghreline werd in 1999 ontdekt door Kojima et al. als het eerste perifeer circulerend eetluststimulerende peptide dat gesecreteerd wordt door endocriene cellen van de maag. Naast de eetluststimulerende effecten bevordert exogeen ghreline ook de aanmaak van vet, versnelt het de maaglediging en induceert het hongercontracties tijdens de nuchtere toestand, welke op hun beurt bijdragen tot de eetluststimulerende effecten van ghreline. Bij de start van dit doctoraatsproject was weinig gekend over de fysiologische rol van endogeen ghreline. In het eerste deel van dit doctoraat werden daarom ghreline knock-out (ghrelin-/-) muizen gebruikt om de rol van endogeen ghreline in de regulatie van de energiehomeostase en de maag-darmmotiliteit te onderzoeken. De ghrelin-/- muizen vertoonden geen belangrijke fenotypische afwijkingen en vertoonden een normale toename van het lichaamsgewicht, voedselinname en maaglediging. De ghrelinereceptor was nog functioneel in de afwezigheid van ghreline aangezien exogeen ghreline de voedselinname en de maaglediging stimuleerde in beide genotypes. Desondanks werden toch enkele subtiele leeftijdsafhankelijke verschillen tussen ghrelin+/+ and ghrelin-/- muizen waargenomen. Tijdens de donkere periode hadden de jonge mutante muizen een verlaagd respiratoir quotiënt en een verhoogde warmteproductie. In de oude muizen stimuleerde een artificiële onderbreking van de licht/donker cyclus de voedselinname in de ghrelin+/+ maar niet in de ghrelin-/- muizen. Onze resultaten suggereren dat endogeen ghreline een redundante rol heeft in de regulatie van de voedselinname en de maaglediging in muizen. Bij jonge muizen is ghreline betrokken in het bepalen van het metabool substraat dat verbrand wordt om in de energiebehoeften te voorzien en in de keuze om de metaboliseerbare energie op te slaan of deze af te geven onder de vorm van warmte. Naast de goed bestudeerde metabole effecten, oefent ghreline ook immuno-regulatorische effecten uit. Aangezien ghreline voornamelijk geproduceerd wordt in de maag hebben verschillende studies reeds een beschermend effect van ghreline aangetoond in modellen van maagschade. Omdat de ghreline plasmawaarden toegenomen zijn in patiënten met een actieve darmontsteking, hebben we de mogelijkheid onderzocht dat ghreline ook beschermend werkt tijdens darmontsteking. Colitis werd in de ghrelin-/- muizen geïnduceerd met dextraan natrium sulfaat (DSS) en de resultaten van de knock-out studie werden gevalideerd door het effect van behandeling met exogeen ghreline in wildtype muizen te onderzoeken. Voor beide studies werd een multiparametrische analyse uitgevoerd en werden veranderingen in de ontstekingstoestand gekoppeld aan veranderingen in maag-darmmotiliteit die geassocieerd zijn met darmontsteking. Colitis verhoogde de ghreline plasmawaarden. Het verlies van lichaamsgewicht alsook de histologische schade, de infiltratie van neutrofielen en de toename van IL-1ß in het colon waren minder uitgesproken in de ghrelin-/- muizen. Terwijl afwezigheid van ghreline de veranderingen in de contractiliteit van het colon niet beïnvloedde, was de maaglediging versneld in de ghrelin+/+ muizen maar niet in de ghrelin-/- muizen. In overeenkomst met deze bevindingen waren, na behandeling met exogeen ghreline gedurende 10 dagen, de klinische ziekteparameters versterkt, de infiltratie van neutrofielen gestimuleerd en het IL-1ß gehalte verhoogd in het colon. Onze resultaten suggereren dat endogeen ghreline het verloop van het ontstekingsproces versterkt en dat het betrokken is in de maagledigingsstoornissen die geassocieerd zijn met colitis. Behandeling met exogeen ghreline verergert colitis, waardoor de potentiële therapeutische eigenschappen van ghreline tijdens darmontsteking beperkt zijn. Terwijl dit doctoraatsproject lopende was werd een nieuw peptide, afgeleid van de ghreline precursor, geïdentificeerd. Volgens zijn ontdekkers is dit peptide, dat obestatine werd genoemd, de fysiologische tegenhanger van ghreline. Het derde doel van deze thesis was om de effecten van obestatine op de maaglediging en de darmcontractiliteit in ratten en muizen te onderzoeken. Obestatine had geen effect op de maagledigingsparameters in muizen en inhibeerde de prokinetische effecten van ghreline niet. Gladde spiercelstrips afkomstig van maag of darm van ratten of muizen reageerden niet op obestatine, noch in de aanwezigheid noch in de afwezigheid van elektrische veldstimulatie. Bovendien had obestatine geen effect op de voedselinname. Onze resultaten suggereren dat perifeer obestatine geen verzadigingssignaal is dat een rol speelt in de regulatie van de maaglediging en ondersteunen het concept dat obestatine een fysiologische tegenhanger is van ghreline niet. Onze negatieve resultaten zijn ondertussen bevestigd door verschillende onderzoeksgroepen en daarom kan de rol van obestatine in de regulatie van de energiebalans en maag-darmmotiliteit in vraag worden gesteld. In het laatste deel van onze studie werd de functie van de weesreceptor, GPR39, onderzocht. Hoewel het endogeen ligand van deze receptor niet gekend is, speculeerden we op basis van de structurele gelijkenissen met de ghreline- en de motilinereceptor, dat deze receptor ook betrokken zou kunnen zijn in de regulatie van de energiehomeostase en de maag-darmmotiliteit. Daarom hebben we de voedselinname en maaglediging van de GPR39 knock-out (GPR39-/-) muizen vergeleken met deze van wildtype muizen. Het volwassen lichaamsgewicht en het vetgehalte van de GPR39-/- muizen was significant hoger dan dat van de GPR39+/+ muizen, maar dat was niet gerelateerd aan hyperfagie, aangezien de 24-uur voedselinname niet verschillend was tussen beide genotypes. In tegenstelling hiermee leidde de afwezigheid van de GPR39 receptor tot een verminderde hyperfagie na vasten. Tenslotte vertoonden GPR39-/- muizen een versnelde maaglediging en een verhoogde colonmotiliteit. Onze studie toonde aan dat de GPR39 receptor kan beschouwd worden als een nieuw therapeutisch doelwit voor de behandeling van metabole- en maag-darmstoornissen. De zoektocht naar het endogeen ligand van de GPR39 receptor blijft een fascinerende uitdaging.status: publishe