Adipose tissue, rather than being just a passive storage for excess energy, is a highly dynamic organ actively balancing energy storage and release, and besides liver and muscle is a core contributor to the systemic metabolic state. With the surge in obesity and related metabolic comorbidities in recent years, adipogenesis comes into focus. Overfeeding can lead to overloading of adipocytes, the detrimental consequences of which can in turn impair one of the potential alleviators to this situation: recruitment of preadipocytes to adipocyte differentiation. Adipocyte differentiation is controlled not only by protein-coding genes, but also by non-coding RNAs, and particularly microRNAs (miRNAs): ~22nt RNAs that regulate gene expression by targeting the microRNA-induced silencing complex (miRISC) to the miRNA recognition element (MRE) in target mRNAs and basepairing to their seed match. miR-29a had been identified in preliminary studies to be downregulated during adipocyte differentiation of our human adipogenesis model, human Multipotent Adipose-Derived Stem (hMADS) cells. Previous studies had implicated it in insulin resistance and diabetes, however, none of these addressed its role in adipocyte differentiation. Thus, the goal of this thesis was to elucidate the role of miR-29 in human adipocyte differentiation, and identifying a direct target that mediates this effect. We found that miR-29a was downregulated during adipogenesis, and that increasing its abundance by transfection into preadipocytes inhibited subsequent adipocyte differentiation. From a gene expression screen, we identified eight potential target genes, five of which were directly bound by the miR-29a in vitro. One candidate, mesoderm-specific transcript (MEST), unexpectedly had the opposite of the expected effect on adipocyte differentiation and was pursued as a stand-alone project, since silencing MEST, contrary to published data in murine cell lines, enhanced adipogenesis in hMADS cells. Out of the remaining four candidates, only silencing of NR3C1, the glucocorticoid receptor (GR) gene, phenocopied the miR-29 effect on differentiation. In search of an upstream regulatory mechanism of miR-29 expression, we found that miR-29a is induced by glucocorticoids in vitro and in vivo, and that GR binds upstream of the miR-29a gene locus, thus creating a negative feedback loop between the target and the targeting miRNA. The identification of this novel and unexpected feedback loop opens up interesting research perspectives on the phenomenon of GR downregulation upon long-term treatment with glucocorticoids. In summary, this dissertation examines the role of the miR-29 and its targets in human adipocyte differentiation in vitro, associated correlations in murine and human tissue and identifies a novel feedback mechanism between miR-29 and GR that could serve as a starting point for exciting further research.      «

Adipose tissue, rather than being just a passive storage for excess energy, is a highly dynamic organ actively balancing energy storage and release, and besides liver and muscle is a core contributor to the systemic metabolic state. With the surge in obesity and related metabolic comorbidities in recent years, adipogenesis comes into focus. Overfeeding can lead to overloading of adipocytes, the detrimental consequences of which can in turn impair one of the potential alleviators to this situatio...     »

Fettgewebe ist nicht nur ein passiver Speicherort für überschüssige Energie, sondern ein hochdynamisches Organ, das Energiespeicherung und Energiefreigabe aktiv ausbalanciert. Neben Leber und Muskeln ist Fettgewebe damit eines der Organe, die am meisten zum systemischen Stoffwechselstatus beitragen. Mit dem steilen Anstieg von Adipositas und den zugehörigen Begleiterkrankungen in den letzten Jahren liegt der Fokus verstärkt auf Adipogenese, da Überernährung zu einem Überladen der Fettzellen führen kann, dessen negative Konsequenzen wiederum eine der möglichen Lösungen für diese Situation inhibieren können: nämlich die Differenzierung von weiteren Präadipozyten zu reifen Fettzellen. Fettzelldifferenzierung wird nicht nur von protein-kodierenden Genen, sondern auch nicht-kodierenden RNAs gesteuert; im Speziellen von microRNAs (miRNAs): Diese ~22nt langen RNAs regulieren die Genexpression indem sie den für die Inhibierung zuständigen microRNA-induced silencing complex (miRISC) zum respektiven „miRNA Erkennungselement“, miRNA recognition element (MRE) leiten und dort Basenpaarung mit dem „seed match“ des Targets eingehen. miR-29 wurde in präliminären Versuchen als eine der miRNAs identifiziert, deren Expression während der Adipogenese unseres menschlichen Zellmodells, den humanen multipotenten Fettgewebe-stämmigen Stammzellen (Multipotent Adipose-Derived Stem (hMADS)cells), zunehmend verringert wird. Publizierte Studien hatten miR-29 mit Diabetes und Insulinresistenz assoziiert, jedoch wurde die Rolle der miRNA in der Fettzellentwicklung nie untersucht. Daher war das Ziel dieser Dissertation, die Rolle der miR-29 in der humanen Fettzellentwicklung zu untersuchen und das Target zu identifizieren, durch welches ein potenzieller Effekt vermittelt wird. Unsere Ergebnisse zeigen, dass miR-29a während der Fettzellentwicklung verringert exprimiert wird, und das künstliches Erhöhen der miR-29 Levels durch Transfektion in Präadipozyten die Fettzelldifferenzierung verringert. Durch einen Genexpressions-Screen identifizierten wir acht Kandidatengene, von denen fünf in vitro direkt durch die miRNA gebunden wurden. Einer der Kandidaten, mesoderm-specific transcript (MEST), hatte unerwarteterweise den gegenteiligen Effekt auf Fettzellentwicklung humaner Zellen als von der Literatur über Versuche in Mauszellen zu erwarten war, weshalb daraus ein eigenständiges und mittlerweile publiziertes Projekt verfolgt wurde. Von den übrigen vier Kandidaten reproduzierte nur das Silencen eines Genes den Effekt der miR-29 auf die Fettzelldifferenzierung: NR3C1, das Glukokortikoidrezeptor (GR)-Gen. Auf der Suche nach einem Regulator der miR-29 Expression entdeckten wir, dass miR-29a in vitro und in vivo von Glukokortikoiden induziert wird, und dass GR vor dem miR-29a Genlokus bindet, was eine negative Rückkopplung zwischen dem miRNA-Target und der miRNA erzeugt. Die Identifikation dieser neuen und unerwarteten Feedbackschleife eröffnet spannende Perspektiven bzgl. des Phänomens, dass GR Proteinlevel bei längerfristiger Behandlung mit Glukokortikoiden geringer werden. Zusammengefasst untersucht diese Dissertation die Rolle der miR-29 und ihrer Targets in der humanen Fettzelldifferenzierung in vitro, assoziierte Korrelationen in Maus- und Menschengewebe und identifiziert einen neuen Feedbackmechanismus zwischen miR-29 und dem Glukokortikoidrezeptor, der als Startpunkt für spannende weiterführende Forschung dienen kann.      «

Fettgewebe ist nicht nur ein passiver Speicherort für überschüssige Energie, sondern ein hochdynamisches Organ, das Energiespeicherung und Energiefreigabe aktiv ausbalanciert. Neben Leber und Muskeln ist Fettgewebe damit eines der Organe, die am meisten zum systemischen Stoffwechselstatus beitragen. Mit dem steilen Anstieg von Adipositas und den zugehörigen Begleiterkrankungen in den letzten Jahren liegt der Fokus verstärkt auf Adipogenese, da Überernährung zu einem Überladen der Fettzellen führ...     »