Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Profile der mRNA-Expression des Adiponectinsystems und des Interleukin 6 in Leber- und subcutanem Fettgewebe der Milchkuh im Laktationsverlauf sowie ihre Beeinflussung durch Supplementation onjugierter Linolsäuren

Vorspohl gen. Reher, Sarah

A pronounced selection for high milk yields made it complicated to house and feed dairy cows appropriate to their needs. That is the reason why problems with the health status of high-yielding dairy cows particularly during the first third of lactation increased. Due to high milk yields and low energy intake negative energy balance and catabolism may occur, exceeding physiological limits. This is often followed by metabolic and infectious diseases, reproductive disorders, and falling below the productive capacity. Negative energy balance induces reduction of the body’s fat depots; this lipolysis results in serious metabolic changes. Adipose tissue plays another important role by secreting adipokines, i.e. factors influencing various metabolic processes in autocrine, paracrine, and endocrine ways. Adiponectin is one adipokine influencing through its receptors glucose homeostasis and regulating insulin sensitivity and energy expenditure of dairy cows. Interleukin 6 is a cytokine which also belongs to the group of adipokines and affects insulin sensitivity and mediates inflammation by induction of the acute-phase reaction. The aim of this study was to generate profiles of the mRNA expression of adiponectin, adiponectin receptor 1 and 2, and interleukin 6 in subcutaneous adipose tissue and in liver tissue of dairy cows in order to characterize a complete lactation including three weeks before parturition. Another main focus was the potential influence of a supplementation with conjugated linoleic acids (CLA) on the mRNA expression of the genes mentioned above. Supplementation with CLA decreases milk-fat in dairy cows therefore it might also reduce the energy requirements for milk production. For this study, 11 dairy cows were allocated to a feeding group supplemented with 100 g of a CLA-mixture, and 11 dairy cows to a control group supplemented with an isoenergetic mixture of fatty acids. Biopsies of subcutaneous adipose tissue from tailhead and liver were taken on days 21 a.p. and 1, 21, 70, 105, 182, 196, 224, 252 p.p.. The mRNA abundances were quantified by quantitative real-time PCR and were then compared between both groups as well as between the days of sampling. Supplementation of CLA had no influence on the mRNA abundance of adiponectin, adiponectin receptors, and interleukin 6 in subcutaneous adipose tissue and liver tissue. Time-related differences throughout lactation were detectable for all the mRNAs. The adiponectin mRNA abundance in subcutaneous adipose tissue was decreased from 21 days a.p. to 21 days p.p.. This is possibly related to the reduced insulin sensitivity of adipose tissue which is described for this period. For the adiponectin receptor 1 (AdipoR1) in adipose tissue, a reduction of the mRNA abundance was evidenced in early lactation and an increase in late lactation. Adiponectin receptor 2 (AdipoR2) mRNA abundance in adipose tissue was lower 21 days after parturition than before parturition. Thus the mRNA abundance of both adiponectin receptors in subcutaneous adipose tissue is also in line with a reduced insulin sensitivity in adipose tissue in early lactation. In liver tissue mRNA abundance of AdipoR1 was higher in late lactation than in early lactation and before parturition. AdipoR2 mRNA abundance in liver tissue showed an increase in early lactation and again a decrease in late lactation. The postpartal increase of mRNA abundance, demonstrated for both adiponectin receptors in liver, indicates an inverse regulation of mRNA expression of adiponectin receptors in adipose tissue in comparison to liver tissue. For Interleukin 6 a decrease of mRNA abundance after parturition was detectable in liver. The results of this study specify the involvement of the adipokines investigated in physiological processes and in the development of metabolic disorders. In addition they establish a basis for understanding the impact of a CLA-supplementation on animal health. Future studies should focus on further adipokines as well as on investigations at the proteinlevel. Potential influences of individual CLA-isomers on gene- and protein-expression of the adipokines should also be investigated. Long-term supplementation of CLA under the conditions tested here had no effects on the parameters investigated in this study thus not indicating adverse effects on metabolism and health.

In der Milchviehzucht führte eine starke Selektion auf hohe Milchleistungen dazu, dass es immer schwieriger wurde, diese Tiere bedarfsgerecht zu halten und zu füttern. So traten vermehrt gesundheitliche Störungen bei Hochleistungskühen insbesondere im ersten Drittel einer Laktation auf. Die Kühe geraten durch hohe Milchleistungen und zu geringe Aufnahme von Energie über das Futter in ein Energiedefizit und eine katabole Stoffwechsellage, die den als physiologisch zu betrachtenden Rahmen übersteigen. Die Folgen sind häufig Stoffwechsel- und Infektionskrankheiten, Fruchtbarkeitsstörungen und ein Unterschreiten der Produktionskapazität. Eine negative Energiebilanz induziert den Abbau körpereigener Fettreserven und führt im Zuge dieser Lipolyse zu gravierenden metabolischen Veränderungen. Weitere Bedeutung kommt dem Fettgewebe durch die Sekretion von Adipokinen zu. Das sind Faktoren, die auf autokrinem, parakrinem und endokrinem Weg die unterschiedlichsten Stoffwechselwege beeinflussen. Adiponectin ist ein solches Adipokin, das über Adiponectinrezeptoren vermittelt im Rahmen der Glukosehomöostase und der Regulation der Insulinsensitivität sowie des Energiehaushaltes der Milchkuh eine wichtige Rolle spielt. Interleukin 6 ist ein Zytokin, das ebenfalls zur Gruppe der Adipokine gezählt wird; es beeinflusst - neben der Vermittlung von Entzündungsreaktionen durch Induktion einer Akuten-Phase-Reaktion - ebenfalls die Insulinsensitivität. Ziel dieser Arbeit war das Erstellen von Profilen der mRNA-Expression von Adiponectin, den Adiponectinrezeptoren 1 und 2 und Interleukin 6 im subcutanen Fett- und im Lebergewebe von Milchkühen, die den Verlauf einer kompletten Laktation einschließlich der drei Wochen ante partum abbilden. Ein weiterer Schwerpunkt war die Untersuchung einer etwaigen Beeinflussbarkeit der mRNA-Expression der genannten Adipokine durch Supplementation konjugierter Linolsäuren (CLA). Milchkühen wird CLA supplementiert, da es den Milchfettgehalt reduziert und unterstellt wird, dass somit der Energiebedarf der Kuh zur Milchbildung gesenkt wird. Für die Untersuchungen wurden 11 Milchkühe einer Fütterungsgruppe, die mit 100 g eines CLA-Isomerengemisches supplementiert wurden, und 11 Milchkühe einer Kontrollgruppe, die mit einem isoenergetischen Fettsäurengemisch supplementiert wurden, zugewiesen. An den Tagen 21 a.p und 1, 21, 70, 105, 182, 196, 224 und 252 p.p. wurden den Tieren Biopsien der Leber und des subcutanen Fettes an der Schwanzwurzel entnommen. Die mittels quantitativer real-time PCR ermittelten mRNA-Mengen wurden dann sowohl zwischen Kontroll- und Fütterungsgruppe als auch zwischen den einzelnen Terminen der Probenahmen verglichen. Die Supplementation von CLA zeigte keinen Einfluss auf die mRNA-Expression von Adiponectin, den Adiponctinrezeptoren und Interleukin 6 in Leber und subcutanem Fettgewebe der Milchkühe. Zeitbezogene Unterschiede waren für alle genannten Gene nachweisbar. Die Adiponectin mRNA-Menge in subcutanem Fettgewebe nahm 21 Tage p.p. im Vergleich zu a.p. ab, was in Zusammenhang mit der für diesen Zeitraum beschriebenen sinkenden Insulinsensitivität des Fettgewebes stehen könnte. Für den Adiponectinrezeptor 1 (AdipoR1) in subcutanem Fettgewebe waren eine Abnahme der mRNA-Menge in der frühen Laktation nachweisbar sowie ein erneuter Anstieg in der späten Lakation. Die mRNA-Menge des Adiponectinrezeptor 2 (AdipoR2) im subcutanen Fettgewebe nahm 21 Tage nach der Geburt im Vergleich zu vor der Geburt ab. Die mRNA-Expression beider Adiponectinrezeptoren weist somit ebenfalls auf eine verminderte Insulinsensitivität des Fettgewebes in der frühen Laktation hin. Im Lebergewebe war in der späten Laktation eine höhere AdipoR1 mRNA-Menge nachweisbar als in der frühen Laktation und vorgeburtlich. Die mRNA-Menge von AdipoR2 im Lebergewebe wies einen Anstieg in der frühen Laktation und wiederum einen Abfall in der späten Laktation auf. Der nachgeburtliche Anstieg der mRNA-Expression beider Adiponectinrezeptoren im Lebergewebe deutet auf eine inverse Regulation der mRNA-Expression der Adiponectinrezeptoren in Fettgewebe im Vergleich zu der im Lebergewebe hin. Für Interleukin 6 war ein nachgeburtlicher Abfall der mRNA-Menge im Lebergewebe nachweisbar. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie spezifizieren die Beteiligung der untersuchten Adipokine und somit des Fettgewebes an physiologischen Vorgängen und auch an der Entstehung von metabolischen Entgleisungen. Des Weiteren schaffen sie Grundlagen zum Verständnis der Auswirkungen, die eine Supplementation von CLA auf die Tiergesundheit hat. Nachfolgende Studien sollten weitere Adipokine und die zugehörigen Proteine untersuchen. Auch eventuelle Einflüsse einzeln eingesetzter CLA-Isomere auf die Gen- und Proteinexpression der Adipokine sollten beleuchtet werden. CLA hatte auch bei langfristiger Supplementation keine Effekte auf die hier untersuchten Parameter, was unter den hier getesteten Bedingungen keine nachteilige Beeinflussung des Stoffwechsels der Milchkuh erwarten lässt.

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Vorspohl gen. Reher, Sarah: Profile der mRNA-Expression des Adiponectinsystems und des Interleukin 6 in Leber- und subcutanem Fettgewebe der Milchkuh im Laktationsverlauf sowie ihre Beeinflussung durch Supplementation onjugierter Linolsäuren. Hannover 2011. Tierärztliche Hochschule.

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