Wichtige Forschungsergebnisse der letzten Jahrzehnte untermauern die Bedeutung von metabolischer Regulation und bioenergetischer Umprogrammierung für viele Erkrankungen wie Diabetes, Atherosklerose, und verschiedener, mit Entzündungen assoziierter Leiden. Solche Veränderungen im zellulären Stoffwechsel sind eng verknüpft mit einer unausgewogenen rnährungsweise, dominiert durch den hohen Verzehr von raffinierten Kohlenhydraten und Fettsäuren. Die kürzliche Entdeckung der Sedoheptulose-Kinase CARKL zeigte, dass Sedoheptulose, eine in Obst und Gemüse vorkommende Ketoheptose, als Kohlenstoffquelle für den zellulären Stoffwechsel in Menschen und Tieren genutzt werden kann. CARKL katalysiert die Phosphorylierung von Sedoheptulose zu Sedoheptulose-7-Phosphat und macht sie hiermit für zelluläre Reaktionen verfügbar. Bedeutsamerweise wirkt CARKL der pro-inflammatorische Polarisierung von Makrophagen entgegen, indem sie den zellulären Kohlenstoff-Fluss und Redox-Status moduliert. In dieser Arbeit präsentiere ich theoretische Überlegungen über den Sedoheptulose- Stoffwechsel, der interessante Analogien zum Stoffwechsel von Glukose aufweist. Die Sedoheptulose-Kinase CARKL scheint in der Lage zu sein den zellulären Kohlenstoff-Fluss zu regulieren, indem sie eine Reaktion an einer strategisch wichtigen Position, der Schnittstelle der Glykolyse und dem nicht-oxidativen Pentose-Phosphat Weg, katalysiert. Im experimentellen Teil der Arbeit habe ich die Diversität von CARKL mRNA untersucht und konnte in metabolisch aktiven Organen Transkripte mit alternativen 3‘ untranslatierten Bereichen (3’UTR) identifizieren. Die 3’UTR beinhaltet zahlreiche regulatorische Sequenzen und scheint ein zentrales Element in der Regulation der Sedoheptulose Kinase- Genexpression darzustellen. Darüber hinaus habe ich an der Erzeugung von transgenen CARKL Mäusen, welche die Kinase überexprimieren, mitgewirkt. Während meiner Arbeit konnten vier Zuchtlinien etabliert werden, die unterschiedliche Mengen des CARKL-Proteins erzeugen. Die nun verfügbaren transgenen Mäuse stellen ein ideales Werkzeug dar, um die Funktion von CARKL in vivo zu untersuchen, zum Beispiel in verschiedenen Ernährungs- und Entzündungsmodellen. Diese neuen Erkenntnisse über die Regulation von CARKL und den zugrundeliegenden metabolischen Netzwerken könnten zu einem besseren Verständnis von Erkrankungen beitragen, die mit Veränderungen im Kohlenstoff-Metabolismus assoziiert sind.

Outstanding research achievements of the last decades underpin the high impact of metabolic regulation and bioenergetic reprogramming on many diseases, ranging from diabetes and atherosclerosis to cancer and inflammatory disorders. Unbalanced long-term nutrition, dominated by the heavy consumption of refined carbohydrates and fats, is closely linked to such alterations in cellular metabolism. The recent discovery of the sedoheptulose kinase CARKL revealed that sedoheptulose, a natural ketoheptose present in fruits and vegetables, is an accessible carbon source in humans, as well as animals. CARKL phosphorylates sedoheptulose to sedoheptulose-7- phosphate and makes it available for subsequent cellular reactions. Importantly, CARKL counteracts proinflammatory polarization of macrophages through the modulation of carbon flux and cellular redox state. In this thesis, I present the theoretical implications of cellular sedoheptulose metabolism, which displays interesting analogies to glucose metabolism. The sedoheptulose kinase CARKL appears to be located at a strategic position to regulate cellular carbon flux at the interface of the glycolysis and the non-oxidative pentose phosphate pathway. In experiments, I started to investigate CARKL mRNA diversity, which resulted in the identification of mRNA transcripts in metabolic-active organs with alternative 3’UTRs. The 3’UTR region of CARKL contains many putative regulatory sites and thereby constitutes a central element to understand CARKL gene expression, mRNA stability and translation. Furthermore, I was involved in the generation of transgenic mice overexpressing CARKL to investigate the function of this kinase under physiological conditions. Four transgenic mouse lines with different CARKL protein levels were established during my thesis. These transgenic mice are now available as a powerful tool to study the function of CARKL in various in vivo settings, ranging from nutrition to inflammation and various disease models. New insights into CARKL regulation and the metabolic networks influenced by this kinase might be beneficial for the flourishing field of heptose biology and might further contribute to a better understanding of diseases linked to changes in carbohydrate metabolism.