Metabolic responses of hepatic tissues on niacin treatment in dairy cows in the transition period Milchkuh Leber Glukoneogenese. Hintergrund: Der Glukosestoffwechsel in der Leber spielt eine wichtige Rolle für die Gesundheit und Leistung von laktierenden Milchkühen. Über 80% des Glukosebedarfs wird durch die hepatische Glukoseproduktion gedeckt. Insulin spielt eine wichtige Rolle in der Regulation des Glucosestoffwechsels. Forkhead box protein O1 (FoxO1) ist eines der Zielmoleküle von Insulin. Die durch Insulin induzierte Phosphorylierung von FoxO1 unterdrückt deren Funktion die Transkription von Glukose 6 Phosphatase (G6P) und zytosolischem Phosphoenolpyruvat Carboxykinase (PCK1) zu fördern. Bei Monogastriern gilt dieser Signalweg als einer der wichtigsten für die suppressiven Effekte der Insulin auf hepatische Glukose Produktion. Nicotinsäure (NA) ist ein Hauptsubstrat für die NAD Synthese. In pharmakologischer Dose kann NA über verschiedene Mechanismen den Energiestoffwechsel beeinflussen. Neben den auf einer Interaktion mit NA Rezeptoren basierten anti lipolytischen Effekten vermag NA Änderungen in der Pansenfermentation zu induzieren. Ferner sind Effekte auf das endokrinologische Profil beschrieben sowie auf die die Transkription und Posttranskription von Proteinen. Direkte Effekte von NA auf den hepatischen Glukosestoffwechsel auf molekularer Ebene sind jedoch nicht bekannt. Für diese Arbeit wurde deshalb die Hypothese aufgestellt dass eine diätetische NA Supplementation Auswirkungen auf den hepatischen Glukosestoffwechsel von Milchkühen in der Transitperiode hat. Es wurden zwei Fütterungsversuche mit dem Ziel durchgeführt die folgende Fragen beantworten sollten: induziert eine NA Supplementation im hepatischen Stoffwechsel 1. Änderungen im Insulin Signaling des Glucosestoffwechsels (Projekt 1) und 2. Änderungen der Expression Phosphorylierung der FoxO1 und stehen diese im Zusammenhang mit Änderungen in der mRNA Expression von Schlüsselproteinen im Glucose sowie Fettsäurestoffwechsel (Projekt 2). Material und Methoden: In beiden Projekten wurden pluripare Deutsche Holstein Milchkühe in der Ration entweder mit 0 (CON) oder 24 (NA) g Tag NA Supplementation gefüttert. Die Kühe in den CON und NA Gruppen wurden weiter in zwei Gruppen aufgeteilt und erhielten Rationen mit niedrigem oder hohem (30:70 oder 60:40% Kraftfutter zu Grundfutter Verhältnis bezogen auf Trockenmasse) Kraftfutter Anteil. Im Projekt 1 wurden 20 Milchkühe präpartal gleich gefüttert. Vom ersten Tag nach der Kalbung (d1) bis d21 wurden die Kühe zufällig in Fütterungsgruppen aufgeteilt und erhielten CON oder NA Rationen mit niedrigem (LCpp) oder hohem (HCpp) Kraftfutter Anteil so dass in den vier Gruppen jeweils fünf Versuchskühe waren. Leberbioptate und Blutproben wurden am d 21 und d21 entnommen. Es wurden die Konzentrationen von Glukose in Plasma sowie von NEFA und Insulin im Serum gemessen. Aus deren Ergebnissen wurde der revised insulin sensitivity check index (RQUICKI) errechnet. Die Protein Expression von Insulin Rezeptor (INSR) Phosphatidylinositol 3 Kinase (PI3K) und Glukose Transporter 2 (GLUT2) wurde mit Western Blot semi quantitative gemessen. Im Projekt 2 wurden am d 42 21 Milchkühe zufällig in Fütterungsgruppen aufgeteilt. CON oder NA Rationen wurden vom d 42 bis d24 angeboten. Ante partum von d 42 bis d0 erhielten die Kühe Rationen mit niedrigem (LCap) oder hohem (HCap) Kraftfutter Anteil. Am d0 wurde der Kraftfutter Anteil für alle Kühe auf 30% eingestellt und innerhalb von 16 Tagen in der LCap Gruppe bzw. von 24 Tagen in HCap Gruppe auf 50% erhöht. Insgesamt wurden 12 Blutproben im Zeitraum d 42 bis d100 für die Bestimmung der Serumkonzentrationen von Insulin genommen. Leberbiopsien wurden am d 42 1 21 und 100 durchgeführt. In diesen wurde die Gesamtprotein Expression von FoxO1 (tFoxO1) sowie das Ausmaß der Phosphorylierung von FoxO1 bei Serine 256 (pFoxO1) mittels Western blotting analysiert sowie ferner mittels real time qPCR die mRNA Expression von Genen des hepatischen Glukosestoffwechsels und der Carnitine Palmitoyl Transferase 1 (CPT1A). Der Triacylglycerid Gehalt in der Leber (TAG) wurde enzymatisch bestimmt. Die Effekte der Fütterung der Zeit und ihrer Interaktionen wurden varianzanalytisch im Allgemeinen linearen Modell (GLM; Proteine Expression in Projekt 1) oder im gemischten Modell (übrige Parameter) statistisch getestet. Für die Prüfung von Assoziationen zwischen Parametern wurden Pearson Korrelationen berechnet. Die Kriterien für Signifikanz und statistischen Trend wurden auf P < 0.05 und 0.1 festgelegt. Ergebnisse: Projekt 1: Im Mittel waren die Protein Expression von GLUT2 am Tag d21 relativiert zu d 21 niedriger und die Plasma Glukosekonzentration höher bei Kühen der NA im Vergleichen zu denen der CON Gruppe. Die Zeit und der Konzentratanteil in den Rationen der Versuchsgruppen hatten statistisch keine gesicherten Effekte auf die Untersuchungsparameter. Projekt 2: Die mittleren Serum Insulinkonzentrationen waren präpartal bei Kühen der NA Gruppe höher als bei denen der CON Gruppe. Statistisch gesicherte Effekte der Fütterung und der Zeit auf tFoxO1 pFoxO1 und mRNA Expression von FoxO1 (rFoxO1) wurden nicht gefunden. Bei Kühen der NA Gruppe im Vergleich zu denen der CON Gruppe waren die mittleren mRNA Expressionen am d1 des GLUT2 und des Insulinrezeptors B niedriger und am d21 der G6P der Propyonyl CoA Carboxylase A und des GLUT2 höher. Positive Korrelationen zwischen pFoxO1 und Insulin sowie tFoxO1 und PCK1 wurden nur am d100 gefunden. Die mRNA Expression von FoxO1 korrelierte positiv mit der mRNA Expression von mehreren gemessenen Genen am d21 und d100. Positive Korrelationen bestanden zwischen CPT1A und G6P sowie PCK1. Schlussfolgerungen: Unabhängig vom Kraftfutter Anteil in der Ration scheint eine diätetische NA Supplementation die Expression von GLUT2 Proteinen und die mRNA Expression von im Glukosestoffwechsel beteiligten Gene zu verändern auch wenn die physiologische Bedeutung dieser Effekte eher klein erscheint. Die hepatische Fettsäure Oxidation ist bei Milchkühen anscheinend positiv mit der hepatischen Glukose Produktion assoziiert. In der Regulation der hepatischen Glukoseproduktion spielen das Insulin Signaling und das FoxO1 bei Milchkühen in der Transitperiode offenbar zumindest auf der Ebene der Transkription Translation und Phosphorylierung keine große Rolle. Möglich erscheint jedoch dass FoxO1 in der späteren Laktation intensiver an der Regulation der hepatischen Glucoseproduktion beteiligt ist.