The temporal organization of nutrient intake and utilization is essential to maintain energy homeostasis. The circadian regulation of hepatic metabolism in response to nutrient availability is modulated for the most part by nuclear receptors. There is strong evidence demonstrating that post-translational modification by the Small Ubiquitin-related Modifier (SUMO) is a pivotal mechanism for the regulation of nuclear receptors and their co-regulators. We have previously analyzed the SUMO proteome in the mouse liver during fasted and re fed conditions and identified the Prospero homeobox protein 1 (Prox1) as a nutrition-dependent SUMO target. Prox1 has been described as a transcriptional co-regulator of a number of nuclear receptors controlling energy homeostasis in the liver. Moreover, Prox1 has been recognized by us and others as a key regulator of hepatic lipid metabolism. Follow-up in vivo studies presented in this work demonstrate that Prox1 is highly modified in the mouse liver. The conjugation of Prox1 with SUMO is promoted by food intake while it is inhibited during by food deprivation. Furthermore, the conjugation of Prox1 with SUMO appears to be influenced by a diurnal component. The responsiveness of the Prox1 SUMO-switch to nutrient availability is blunted during the light/rest phase of the mice. Experiments in polarized primary hepatocytes suggest that the SUMO-switch on Prox1 could be regulated by 5'\,AMP-activated protein kinase (AMPK) and by chenodeoxycholic acid which is a primary component of the bile acid pool. As key part of this work a conditional SUMO-deficient (K556R) Prox1 knock-in mouse model was characterized. With this model the conjugation of Prox1 with SUMO was blocked specifically in hepatocytes and after liver development. The metabolic function of the Prox1 SUMO-switch was investigated in young male and female mice. Blocking the conjugation of Prox1 with SUMO had no effects on systemic glucose or lipid metabolism. In line, blocking Prox1 SUMOylation in hepatocytes had very subtle impacts on the liver transcriptome. Through the course of this work we gather data showing that the conjugation of Prox1 with SUMO is inhibited in mouse modes of liver fibrosis. It is possible that Prox1 SUMOylation could be involved in some aspects of liver damage or regeneration. With this work it has been demonstrated that Prox1 is a highly efficient SUMO target in hepatocytes. Prox1 is conjugated to a single SUMO moiety on lysine residue 556 within a SUMO consensus motif. The Prox1 SUMO-switch is regulated by metabolic and circadian cues in the mouse liver. We believe that this metabolic-switch contributes to a regulatory mechanism in the maintenance of energy homeostasis.     «

The temporal organization of nutrient intake and utilization is essential to maintain energy homeostasis. The circadian regulation of hepatic metabolism in response to nutrient availability is modulated for the most part by nuclear receptors. There is strong evidence demonstrating that post-translational modification by the Small Ubiquitin-related Modifier (SUMO) is a pivotal mechanism for the regulation of nuclear receptors and their co-regulators. We have previously analyzed the SUMO proteo...     »

Der zeitliche Ablauf der Nährstoffaufnahme und -verwertung spielt eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Energiehomöostase. Die zirkadiane Regulation des Leberstoffwechsels als Reaktion auf die Nährstoffverfügbarkeit wird dabei zum größten Teil durch nukleäre Rezeptoren moduliert. Vieles deutet darauf hin, dass die posttranslationale Modifikation durch Small Ubiquitin-related Modifier (SUMO) ein zentraler Mechanismus in der Regulation nukleärer Rezeptoren und ihrer Co-Regulatoren ist. Wir haben bereits in der Vergangenheit das SUMO-Proteom in Mäuselebern im gefasteten und gefütterten Zustand analysiert und dabei Prospero homeobox protein 1 (Prox1) als ein ernährungsabhängiges Ziel für SUMO identifiziert. Es ist bekannt, dass Prox1 ein transkriptioneller Co-Regulator von einer Reihe von nukleären Rezeptoren ist, die die Energiehomöostase in der Leber kontrollieren. Darüber hinaus wurde Prox1 bereits von uns und anderen als ein Schlüsselregulator des hepatischen Lipidstoffwechsels beschrieben. Die in dieser Arbeit vorgestellten In-vivo-Folgestudien zeigen, dass Prox1 in der Leber von Mäusen stark modifiziert wird. Die Konjugation von Prox1 mit SUMO wird dabei durch die Nahrungsaufnahme gefördert, während sie beim Fasten blockiert wird. Darüber hinaus scheint die Konjugation von Prox1 mit SUMO durch eine tageszeitliche Komponente beeinflusst zu sein. Die Reaktionsfähigkeit des Prox1-SUMO-Schalters auf Nährstoffverfügbarkeit ist während der Licht-/Ruhephase der Mäuse vermindert. Des Weiteren legen Experimente in polarisierten primären Hepatozyten nahe, dass der Prox1-SUMO-Schalter durch 5’ AMP-activated protein kinase (AMPK) und Chenodeoxycholsäure, eine zentrale Komponente des Gallensäurepools, reguliert werden könnte. Als Kernbestandteil dieser Arbeit wurde ein konditionales SUMO-defizientes (K556R) Prox1 Knock-in-Mausmodell charakterisiert. Mit diesem Modell war es uns möglich, die SUMO-Konjugation von Prox1 in Hepatozyten spezifisch zu blockieren. Dadurch konnte die metabolische Funktion des hepatischen Prox1-SUMO-Schalters untersucht werden. Junge männliche und weibliche Mäuse wiesen keine Veränderungen des systemischen Glukose- und Lipidstoffwechsels auf. In Einklang damit hatte die Blockierung der Prox1-SUMOylierung in Hepatozyten keine Auswirkungen auf das Lebertranskriptom. Abschließend präsentiere ich Daten, die darauf hindeuten, dass die Konjugation von Prox1 mit SUMO in Mausmodellen der Leberfibrose gehemmt ist. Daher vermute ich, dass die SUMOylierung von Prox1 an der Kontrolle der Leberregeneration beteiligt sein könnte. Mit dieser Arbeit konnte somit gezeigt werden, dass Prox1 ein sehr effizientes Ziel für SUMOylierung in Hepatozyten ist. Prox1 ist mit einer einzelnen SUMO-Einheit auf Lysin 556 innerhalb einer SUMO-Konsensussequenz konjugiert. Dieser Prox1-SUMO-Schalter wird durch metabolische und zirkadiane Signale in der Mausleber reguliert. Wir glauben, dass dieser metabolische Schalter Bestandteil eines Regulationsmechanismus zur Aufrechterhaltung der Energiehomöostase ist.     «

Der zeitliche Ablauf der Nährstoffaufnahme und -verwertung spielt eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Energiehomöostase. Die zirkadiane Regulation des Leberstoffwechsels als Reaktion auf die Nährstoffverfügbarkeit wird dabei zum größten Teil durch nukleäre Rezeptoren moduliert. Vieles deutet darauf hin, dass die posttranslationale Modifikation durch Small Ubiquitin-related Modifier (SUMO) ein zentraler Mechanismus in der Regulation nukleärer Rezeptoren und ihrer Co-Regulatoren ist....     »