Metabolomics im kardiovaskulären System

Unser wissenschaftlicher Fokus

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Untersuchung des Metaboloms in Zusammenhang mit kardiovaskulären Erkrankungen und deren metabolischen Risikofaktoren. Das „Metabolom“ umfasst den Begriff der Gesamtheit aller kleinen Stoffwechselprodukte, sogenannter „Metabolite“, im Blut, Urin oder einem Gewebe. Die Analyse des Metaboloms ermöglicht, die Stoffwechselwege in der Gesamtheit zu analysieren, um so Pathomechanismen und Biomarker aufzudecken und neue Hypothesen zu generieren.

Ein besonderer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt auf der Untersuchung von im Blut zirkulierenden Metaboliten, welche aus dem Metabolismus der Darmflora stammen. Die bakterielle Darmflora steht in enger Beziehung mit dem Wirtsorganismus und ist an vielen physiologischen Prozessen beteiligt. Eine Störung dieser Symbiose konnte mit verschieden metabolischen und kardiovaskulären Erkrankungen assoziiert werden. Zirkulierende Metabolite spielen als Mediatoren im Crosstalk zwischen Darmflora und Wirtsorganismus eine entscheidende Rolle.

Team

Arbeitsgruppenleiter

Dr. Dr. med. Ben Arpad Kappel
bkappelukaachende

Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Maren Gesper (M.Sc.)
mgesperukaachende

Dr. med. Andreas Pütz
andpuetzukaachende

Alena Nonnast
annonastukaachende

Medizinische Doktorandinnen und Doktoranden

Victoria Michaklczyk (Cand. med.)

Maximilian Pulwey (Cand. med.)

Projekte

Charakterisierung der kardialen Energetik in der Herzinsuffizienz bei Typ 2 Diabetes mellitus
Ein Typ 2 Diabetes mellitus kann nicht nur zu einem erhöhten Risiko führen, an einer Herzinsuffizienz zu erkranken, sondern auch zu schwerwiegenderen Verläufen. Die genauen Prozesse, durch die Diabetes das Herz beeinflusst, sind bislang unzureichend verstanden. Möglicherweise tragen beim Typ 2 Diabetes mellitus Veränderungen im kardialen Energiestoffwechsel zu einer schlechteren Prognose bei Patienten mit Herzinsuffizienz bei. Ziel dieses Projektes ist es, den Stoffwechsel des Herzens von Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz mit und ohne Diabetes mithilfe einer von Metabolom-Analysen zu charakterisieren. Unsere Studie soll zeigen, wie der Diabetes die Substratverwendung im Herzen verändert (z.B. den Wechsel von Fett auf Zucker) und somit als Grundlage für neue Therapiemöglichkeiten bei chronischer Herzinsuffizienz dienen.

Gefördert von der Else Kröner-Fresenius-Stiftung. https://ekfs.de/wissenschaftliche-foerderung/aktuelle-foerderungen/charakterisierung-der-kardialen-energetik-der
Einfluss Darmflora-abhängiger Metabolite auf das kardiovaskuläre System
Darmbakterien produzieren eine Vielzahl von Stoffwechselprodukten, die durch den Körper aufgenommen werden und biologisch aktiv sind. Einige wenige dieser Metabolite konnten mit der Pathogenese kardiovaskulärer Erkrankungen in Zusammenhang gebracht werden. Bei einer Vielzahl sind Stellenwert und biologische Funktion im Herz-Kreislauf-System jedoch unbekannt und werden in verschiedenen Projekten der Arbeitsgruppe näher charakterisiert.

Gefördert von der Deutschen Stiftung für Herzforschung und dem START-Programm der RWTH Aachen.

Publikationen

For a complete reference list please see PubMed* Link

Ausgewählte Publikationen:

Effect of Empagliflozin on the Metabolic Signature of Patients With Type 2 Diabetes Mellitus and Cardiovascular Disease.
Kappel BA, Lehrke M, Schütt K, Artati A, Adamski J, Lebherz C, Marx N.
Circulation. 2017. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.117.02916
Cross-omics analysis revealed gut microbiome-related metabolic pathways underlying atherosclerosis development after antibiotics treatment.
Kappel BA, De Angelis L, Heiser M, Ballanti M, Stoehr R, Goettsch C, Mavilio M, Artati A, Paoluzi OA, Adamski J, Mingrone G, Staels S, Burcelin R, Monteleone G, Menghini R, Marx N, Federici M.
Mol Metab. 2020. doi:10.1016/j.molmet.2020.100976
Antibiotic-induced gut microbiota depletion exacerbates host hypercholesterolemia.
Kappel BA, De Angelis L, Puetz A, Ballanti M, Menghini R, Marx N, Federici M.
Pharmacol Res. 2022. doi: 10.1016/j.phrs.2022.106570
Human and mouse non-targeted metabolomics identify 1,5-anhydroglucitol as SGLT2-dependent glycemic marker.
Kappel BA, Moellmann J, Thiele K, Rau M, Artati A, Adamski J, Ghesquiere B, Schuett K, Romeo F, Stoehr R, Marx N, Federici M, Lehrke M.
Clin Transl Med. 2021. doi:10.1002/ctm2.470
Non-targeted metabolomics identify polyamine metabolite acisoga as novel biomarker for reduced left ventricular function.
Puetz A, Artati A, Adamski J, Schuett S, Romeo F, Stoehr R, Marx N, Federici M, Lehrke M, Kappel BA.
ESC Heart Fail. 2021. doi:10.1002/ehf2.13713
Gut-derived metabolite indole-3-propionic acid modulates mitochondrial function in cardiomyocytes and alters cardiac function.
Gesper M, Nonnast AB, Kumowski N, Stöhr R, Schütt K, Marx N, Kappel BA.
Front Med. 2021. doi:10.3389/fmed.2021.648259
2-hydroxycaproate predicts cardiovascular mortality in patients with atherosclerotic disease.
Cardellini M, Ballanti M, Davato F, Cardolini I, Guglielmi V, Rizza S, Pecchioli C, Viviana Casagrande V, Mavilio M, Porzio O, Legramante JM, Ippoliti A, Farcomeni A, Sbraccia P, Menghini R, Dumas MED, Kappel BA*, Federici M*
Atherosclerosis. 2018. doi:10.1016/j.atherosclerosis.2018.06.014.
A role for Timp3 in microbiota-driven hepatic steatosis and metabolic dysfunction.
Mavilio M, Marchetti V, Fabrizi M, Stöhr R, Marino A, Casagrande V, Fiorentino L, Cardelli M, Kappel B, Monteleone I, Garret C, Mauriello A, Monteleone G, Farcomeni A, Burcelin R, Menghini R, Federici M.
Cell Rep. 2016. 16(3) 731-743. doi:10.1016/j.celrep.2016.06.027
TIMP3 interplays with apelin to regulate cardiovascular metabolism in hypercholesterolemic mice.
Stöhr R*, Kappel B*, Carnevale D*, Cavalera M, Mavilio M, Arisi I, Fardella V, Cifelli G, Casagrande V, Rizza S, Cattaneo A, Mauriello A, Menghini R, Lembo G, Federici M
Mol. Metab. 2015. doi:10.1016/j.molmet.2015.07.007.
Posttranslational modulation of FoxO1 contributes to cardiac remodeling in post-ischemic heart failure.
Kappel B*, Stöhr R*, De Angelis L, Mavilio M, Menghini R, Federici M.
Atherosclerosis. 2016. doi:10.1016/j.atherosclerosis.2016.04.001