Title (eng)
Impact of bitter-tasting amino acids and peptides on mechanisms regulating gastric acid secretion and satiety
Parallel title (deu)
Einfluss von bitter-schmeckenden Aminosäuren und Peptiden auf Mechanismen der Magensäuresekretion und der Sättigung
Author
Verena Stöger
Advisor
Veronika Somoza
Assessor
Jan Tack
Wolfgang Langhans
Abstract (deu)
Aktuelle Zahlen zur Prävalenz von Übergewicht und Adipositas zeigen epidemische Ausmaße und begründen eine dringende Umsetzung neuer Strategien. Eine erfolgversprechende Strategie stellt die Optimierung von Lebensmittelinhaltsstoffen zur Steigerung der Sättigung dar, welche die Erhaltung eines gesunden Körpergewichts fördern können.
Sowohl für Proteine als auch für bestimmte freie Aminosäuren ist ein stimulierender Effekt auf die Magensäuresekretion als auch auf die Sättigung bereits bekannt. Darüber hinaus gibt es Evidenz, dass Aminosäuren vorwiegend in der L Form bitter und die D Form hauptsächlich süß schmecken. Nachdem kürzlich ein Anstieg der Sättigung nach Verabreichung von bitter-schmeckenden Substanzen bei gesunden Probanden gezeigt werden konnte, war das Ziel der vorliegenden Arbeit, einen Zusammenhang zwischen bitter-schmeckenden Aminosäuren, der Magensäuresekretion und der Sättigung zu untersuchen.
Für diesen Zweck wurde in Teil I dieser Arbeit die entsprechenden Methoden etabliert. Mittels CRISPR/Cas9 Experiment in HGT-1 Zellen konnte eine Beteiligung des T2R43 Rezeptors in der Regulation der Protonensekretion, nach einer Behandlung mit Koffein identifiziert werden. Weiters konnte ein Einfluss der bittermaskierenden Substanz HED auf gastrische Parameter des Sättigungsmechanismus in einer Humaninterventionsstudie sowie in humanen Gewebeproben gezeigt werden. Darüber hinaus konnte die HGT-1 Zelllinie als Model für die Untersuchung der peripheren Serotoninausschüttung nach Behandlung mit L Arginin etabliert werden.
In Teil II der vorliegenden Doktorarbeit wurde der Einfluss von L und D Aminosäuren auf die Protonensekretion in HGT-1 Zellen bestimmt, sowie deren Bitter- als auch Süßintensitäten von einem methoden-trainierten Panel ermittelt. Korrelationsanalysen identifizierten die Bitterintensität und das Molekulargewicht von L-Aminosäuren als Determinanten für eine Stimulierung von Mechanismen der Magensäuresekretion. Darüber hinaus zeigte die Verwendung von Bitter- als auch Süßgeschmack-Antagonisten einen Einfluss von T2Rs im Mechanismus der Protonensekretion. Ein knock-out des TAS2R1 Gens in HGT-1 Zellen mittels CRISPR/Cas9 führte zu einer Modulierung der Protonensekretion. In der anschließenden Sättigungsstudie wurde gezeigt, dass ein mit L-Arginin angereichertes Weizenprotein-Hydrolysat, die sättigende Wirkung des Capsaiciniods Nonivamid in gesunden Probanden weiter steigern.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten somit die bitter-schmeckende Aminosäure L Arginin als T2R1 abhängiges Stimulans der Protonensekretion sowie der Sättigung identifiziert werden. In welchem Ausmaß und ob eine T2R-abhängige Stimulierung der Magensäuresekretion stattfindet, muss in gesunden Studienteilnehmern validiert werden.
Abstract (eng)
Current numbers for the prevalence of overweight and obesity demonstrate an epidemic extent, indicating an urgent need for efficient measures. Since overweight arises from a positive energy balance, an optimization of foods to enhance satiety is a promising non-invasive strategy.
Proteins and certain free amino acids are known to stimulate mechanisms of satiety and gastric acid secretion. Most of the L amino acids are described as bitter-tasting, and the bitter-tasting compound caffeine has been shown to stimulate gastric acid secretion via T2R signaling. Since application of bitter-tasting compounds to healthy subjects promoted satiety, the question arises if also bitter tasting amino acids induce satiety. Therefore, the present PhD thesis aimed to identify a possible link between mechanisms regulating satiety and gastric acid secretion, induced by bitter tasting amino acids.
For this purpose, in Part I of the present thesis, methods for characterizing and investigating a link between gastric acid secretion and satiety were established. Thus, in vitro, a T2R43 mediated proton secretion in HGT-1 cells was detected by a CRISPR/Cas9 knock-out approach. Furthermore, an influence on satiety induced by the bitter-masking compound HED was demonstrated in a human intervention study. In addition, treatment with HED regulated gas-tric motility in human stomach specimens. In a mechanistical approach studying gastric mecha-nisms of satiety, HGT-1 cells were established as a suitable cell model for analyzing peripheral serotonin release after treatment with L arginine.
In Part II of this thesis, 20 amino acids were tested for their effects on proton secretion in HGT-1 cells and bitter as well as sweet taste intensities of these candidates were assessed by a method-trained panel. Correlation analysis identified bitter taste intensities and molecular weight of L amino acids as key determinants for proton secretion. Furthermore, co-incubation experi-ments of L arginine and L isoleucine with bitter and sweet taste antagonists enlightened a T2R involvement in HGT-1 cells. Moreover, a TAS2R1 knock out by means of CRISPR/Cas9 in HGT-1 cells indicates a role also on a functional level. Since L-arginine induced the most pronounced effect on proton secretion and is also known to increase satiety, this amino acid was chosen for administration in a human intervention study. In this study a fortified wheat protein hydrolysate with L arginine further enhanced the satiating effect induced by the capsaicinoid nonivamide in healthy male subjects.
To summarize, within this PhD thesis, the bitter-tasting amino acid L arginine was identified to regulate a T2R1 mediated secretion of protons in vitro, and to induce mechanisms regulating satiety and food intake in vivo. Whether and to which extend this effect is mediated via gastric acid secretion and T2R signaling has to be verified in healthy subjects.
Keywords (eng)
bitter-tastinggastric acid secretionsatietybitter taste receptors (T2R)parietal cells
Keywords (deu)
bitterMagensäuresekretionSättigungBitterrezeptoren (T2R)Parietalzellen
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1362237
rdau:P60550 (deu)
208 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
746
Association (deu)
Title (eng)
Impact of bitter-tasting amino acids and peptides on mechanisms regulating gastric acid secretion and satiety
Parallel title (deu)
Einfluss von bitter-schmeckenden Aminosäuren und Peptiden auf Mechanismen der Magensäuresekretion und der Sättigung
Author
Verena Stöger
Abstract (deu)
Aktuelle Zahlen zur Prävalenz von Übergewicht und Adipositas zeigen epidemische Ausmaße und begründen eine dringende Umsetzung neuer Strategien. Eine erfolgversprechende Strategie stellt die Optimierung von Lebensmittelinhaltsstoffen zur Steigerung der Sättigung dar, welche die Erhaltung eines gesunden Körpergewichts fördern können.
Sowohl für Proteine als auch für bestimmte freie Aminosäuren ist ein stimulierender Effekt auf die Magensäuresekretion als auch auf die Sättigung bereits bekannt. Darüber hinaus gibt es Evidenz, dass Aminosäuren vorwiegend in der L Form bitter und die D Form hauptsächlich süß schmecken. Nachdem kürzlich ein Anstieg der Sättigung nach Verabreichung von bitter-schmeckenden Substanzen bei gesunden Probanden gezeigt werden konnte, war das Ziel der vorliegenden Arbeit, einen Zusammenhang zwischen bitter-schmeckenden Aminosäuren, der Magensäuresekretion und der Sättigung zu untersuchen.
Für diesen Zweck wurde in Teil I dieser Arbeit die entsprechenden Methoden etabliert. Mittels CRISPR/Cas9 Experiment in HGT-1 Zellen konnte eine Beteiligung des T2R43 Rezeptors in der Regulation der Protonensekretion, nach einer Behandlung mit Koffein identifiziert werden. Weiters konnte ein Einfluss der bittermaskierenden Substanz HED auf gastrische Parameter des Sättigungsmechanismus in einer Humaninterventionsstudie sowie in humanen Gewebeproben gezeigt werden. Darüber hinaus konnte die HGT-1 Zelllinie als Model für die Untersuchung der peripheren Serotoninausschüttung nach Behandlung mit L Arginin etabliert werden.
In Teil II der vorliegenden Doktorarbeit wurde der Einfluss von L und D Aminosäuren auf die Protonensekretion in HGT-1 Zellen bestimmt, sowie deren Bitter- als auch Süßintensitäten von einem methoden-trainierten Panel ermittelt. Korrelationsanalysen identifizierten die Bitterintensität und das Molekulargewicht von L-Aminosäuren als Determinanten für eine Stimulierung von Mechanismen der Magensäuresekretion. Darüber hinaus zeigte die Verwendung von Bitter- als auch Süßgeschmack-Antagonisten einen Einfluss von T2Rs im Mechanismus der Protonensekretion. Ein knock-out des TAS2R1 Gens in HGT-1 Zellen mittels CRISPR/Cas9 führte zu einer Modulierung der Protonensekretion. In der anschließenden Sättigungsstudie wurde gezeigt, dass ein mit L-Arginin angereichertes Weizenprotein-Hydrolysat, die sättigende Wirkung des Capsaiciniods Nonivamid in gesunden Probanden weiter steigern.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten somit die bitter-schmeckende Aminosäure L Arginin als T2R1 abhängiges Stimulans der Protonensekretion sowie der Sättigung identifiziert werden. In welchem Ausmaß und ob eine T2R-abhängige Stimulierung der Magensäuresekretion stattfindet, muss in gesunden Studienteilnehmern validiert werden.
Abstract (eng)
Current numbers for the prevalence of overweight and obesity demonstrate an epidemic extent, indicating an urgent need for efficient measures. Since overweight arises from a positive energy balance, an optimization of foods to enhance satiety is a promising non-invasive strategy.
Proteins and certain free amino acids are known to stimulate mechanisms of satiety and gastric acid secretion. Most of the L amino acids are described as bitter-tasting, and the bitter-tasting compound caffeine has been shown to stimulate gastric acid secretion via T2R signaling. Since application of bitter-tasting compounds to healthy subjects promoted satiety, the question arises if also bitter tasting amino acids induce satiety. Therefore, the present PhD thesis aimed to identify a possible link between mechanisms regulating satiety and gastric acid secretion, induced by bitter tasting amino acids.
For this purpose, in Part I of the present thesis, methods for characterizing and investigating a link between gastric acid secretion and satiety were established. Thus, in vitro, a T2R43 mediated proton secretion in HGT-1 cells was detected by a CRISPR/Cas9 knock-out approach. Furthermore, an influence on satiety induced by the bitter-masking compound HED was demonstrated in a human intervention study. In addition, treatment with HED regulated gas-tric motility in human stomach specimens. In a mechanistical approach studying gastric mecha-nisms of satiety, HGT-1 cells were established as a suitable cell model for analyzing peripheral serotonin release after treatment with L arginine.
In Part II of this thesis, 20 amino acids were tested for their effects on proton secretion in HGT-1 cells and bitter as well as sweet taste intensities of these candidates were assessed by a method-trained panel. Correlation analysis identified bitter taste intensities and molecular weight of L amino acids as key determinants for proton secretion. Furthermore, co-incubation experi-ments of L arginine and L isoleucine with bitter and sweet taste antagonists enlightened a T2R involvement in HGT-1 cells. Moreover, a TAS2R1 knock out by means of CRISPR/Cas9 in HGT-1 cells indicates a role also on a functional level. Since L-arginine induced the most pronounced effect on proton secretion and is also known to increase satiety, this amino acid was chosen for administration in a human intervention study. In this study a fortified wheat protein hydrolysate with L arginine further enhanced the satiating effect induced by the capsaicinoid nonivamide in healthy male subjects.
To summarize, within this PhD thesis, the bitter-tasting amino acid L arginine was identified to regulate a T2R1 mediated secretion of protons in vitro, and to induce mechanisms regulating satiety and food intake in vivo. Whether and to which extend this effect is mediated via gastric acid secretion and T2R signaling has to be verified in healthy subjects.
Keywords (eng)
bitter-tastinggastric acid secretionsatietybitter taste receptors (T2R)parietal cells
Keywords (deu)
bitterMagensäuresekretionSättigungBitterrezeptoren (T2R)Parietalzellen
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
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Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1362238
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746
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