Investigations on the reasons of stress of the endoplasmic reticulum (ER stress) in the liver of dairy cows in early lactation and the role of ER stress in the development of fatty liver syndrome and ketosis
Final Report Abstract
Die Entstehung von Ketose und Fettleber bei der Milchkuh in der peripartalen Phase hat erhebliche Relevanz für die Aspekte Tiergesundheit und Tierwohl. Gleichzeitig sind diese Krankheiten aber auch aus ökonomischer Sicht (Tierarztkosten, Rückgang der Milchleistung, geringere Nutzungsdauer) von großer Bedeutung. Die Zielsetzung dieses Projektes bestand darin, Erkenntnisse zu den Ursachen von ER-Stress und dessen Bedeutung in der Entstehung von Fettleber und Ketose bei der Milchkuh in der Frühlaktation zu gewinnen. Folgende Hypothesen wurden überprüft: (1.) Das Auftreten von ER-Stress in der Leber in der Frühlaktation ist mit der Entstehung von Fettleber und Ketose assoziiert, (2.) Die Ursachen für die Entstehung von ER-Stress in der Leber bei der Milchkuh in der Frühlaktation liegen in folgenden Faktoren begründet: (a) erhöhten Konzentrationen an freien Fettsäuren im Plasma, (b) dem Vorliegen eines hepatischen Entzündungsprozesses, (c) dem Auftreten oxidativen Stresses und (d) dem erhöhten Vorkommen an Lipopolysacchariden im Plasma. Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung zeigen, dass das Auftreten von ER-Stress in der Leber während der Frühlaktation bei Kühen mit der Entstehung einer Fettleber assoziiert ist. Milchkühe mit moderater Fettleber wiesen auch die höchsten relativen mRNA-Expressionen ausgewählter ER-Stress-Zielgene (DDIT3, HERPUD1, HASPA5; p < 0,05) in der Leber auf. Die relative mRNA-Konzentration des wichtigen ER-Stress Markers FGF21 korrelierte zudem tendenziell mit der Konzentration an Triglyceriden in der Leber (R = 0,251, p = 0,085). Es zeigte sich zudem, dass die Tiere mit mittlerem und hohem ER-Stress Level auch höhere Expressionen von Genen der Lipogenese (ACACA, FASN, GPAM, SREBF1) im Vergleich zu Tieren mit geringem ER-Stress, was ebenfalls auf einen Zusammenhang zwischen ER-Stress und der Entwicklung einer Fettleber hindeutet. Eine Assoziation von ER-Stress in der Leber und dem Auftreten einer Ketose in der Frühlaktation konnte anhand der vorliegenden Ergebnisse nicht bestätigt werden. Die relativen mRNA-Expressionen einzelner ER- Stress-Zielgene (HERPUD1, HSPA5, XBP1s) von 14 gemessenen Genen zum Zeitpunkt Woche 1 post partum waren bei Tieren mit (sub-) klinischer Ketose höher als bei Tieren mit normaler BHBA-Konzentration. Die relativen mRNA-Expressionen ausgewählter Gene der Ketogenese und die BHBA-Plasmakonzentrationen zum Zeitpunkt Woche 1 post partum bei Tieren mit niedrigem, mittlerem und hohem ER- Stress Level zeigten jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen. Die Hypothese, dass Inflammation und das Auftreten von ER-Stress in der Leber der Kühe assoziiert sind, konnte zumindest ansatzweise bestätigt werden. Ein hepatischer Entzündungsprozesse kann daher eine mögliche Ursache für das Auftreten von ER-Stress in der Leber von Milchkühen während der Frühlaktation sein und damit auch zur Entstehung einer Fettleber bei Milchkühen beitragen. Die Daten dieser Untersuchung ergaben zudem, dass zwischen dem Auftreten von ER-Stress in der Leber von Milchkühen, der Höhe der NEFA-Konzentrationen im Plasma, dem Auftreten von oxidativem Stress sowie den Lipopolysaccharid-Konzentrationen im Plasma kein Zusammenhang besteht. Insgesamt konnten die durchgeführten Untersuchungen einen wesentlichen Beitrag zum besseren Verständnis zu den Ursachen von ER-Stress und dessen Bedeutung in der Entstehung von Fettleber und Ketose bei der Milchkuh in der Frühlaktation leisten, der bereits auf verschiedenen Fachtagungen veröffentlicht werden konnte und zukünftig Anwendung in der Praxis finden kann.
Publications
- Correlation of gene expression of FGF21 in the liver of cows with genes of stress signaling pathways and lipid metabolism. Proceedings of the International Symposium on Ruminant Physiology (ISRP) 13:573 (2019, Leipzig)
D.K. Geßner, L.M. Hof, C. Koch, K. Eder
- Correlation of gene expression of fibroblast growth factor 21 in the liver of dairy cows in the transition period with genes of stress signaling pathways, inflammation, β-oxidation, and lipogenesis. Proceedings of the Society of Nutrition Physiology 28:84 (2019, Göttingen)
D.K. Geßner, L.M. Hof, C. Koch, K. Eder
- Relationship between the occurrence of stress of the endoplasmic reticulum in the liver and milk performance, energy balance inflammation, the antioxidant system and vitamin D and calcium homeostasis in dairy cows during early lactation. Proceedings of the Society of Nutrition Physiology 29:131 (2020, Göttingen)
D.K. Geßner, L.M. Hof, C. Koch, K. Eder
- Untersuchungen zu den Ursachen von Stress des endoplasmatischen Retikulums in der Leber von Kühen in der Frühlaktation für die Entstehung von Fettlebersyndrom und Ketose
Lena Marie Hof
