Für Wissenschaftler geht der Kampf gegen das Übergewicht über die Waage hinaus, er findet tief in den Zellen statt. Neue Daten enthüllen einen bislang unbekannten Mechanismus, der unser Verständnis des Stoffwechsels grundlegend verändern und zu sichereren und wirksameren Behandlungen führen könnte. Ziel ist nicht nur die Gewichtsabnahme , sondern auch die Veränderung der Energieverbrennung des Körpers.
Das Schlüsselprotein, das Gewichtsverlust und Fettverbrennung revolutionieren könnte
Vor etwa einem Jahrzehnt versprach eine neue Generation von Medikamenten zur Gewichtsreduktion eine schlankere und gesündere Zukunft. Doch die Sache hatte einen Haken: Diese Medikamente halfen zwar bei der Fettverbrennung, führten aber auch zu Muskelschwund .
Wissenschaftler stehen möglicherweise kurz vor einem Durchbruch. Professor Atan Gross vom Weizmann Institute of Science und sein Team haben in Muskelzellen ein Protein namens MTCH2 (oder „ Mitch “) identifiziert, das eine Schlüsselrolle im Stoffwechsel spielt . Als sie das Mitch-Gen bei Mäusen abschalteten, geschah etwas Erstaunliches. Die Tiere wurden nicht nur resistent gegen Fettleibigkeit , sondern ihre Ausdauer stieg dank einer deutlichen Steigerung der Stoffwechselaktivität auch sprunghaft an .
Aufbauend auf diesem Erfolg führte Gross‘ Team die Forschung kürzlich einen Schritt weiter. In einer neuen Studie, die im EMBO Journal veröffentlicht wurde, fanden sie heraus, dass die Deaktivierung des Mitch-Gens in menschlichen Zellen auch die Verbrennung von Fetten und Kohlenhydraten beschleunigte . Noch spannender: Die Bildung neuer Fettzellen wurde dadurch vollständig gestoppt.
In Experimenten mit Mäusen erzielten sie ebenso beeindruckende Ergebnisse. Die Mäuse vermieden nicht nur eine Gewichtszunahme , sondern entwickelten auch mehr Muskelfasern, die bekanntermaßen viel Sauerstoff verbrauchen und die Ausdauer verbessern.
Diese positiven Veränderungen führten zu Verbesserungen der Ausdauerleistung und der Herzfunktion . Die Forscher standen jedoch vor einem Rätsel: Wie kann die Unterdrückung der Expression eines einzelnen Proteins den Körper gegen Fettleibigkeit „impfen“ und gleichzeitig die Muskelausdauer verbessern? Die Suche nach der Antwort führte sie zu den Kraftwerken der Zellen – winzigen Organellen, den Mitochondrien, die für die Energieproduktion und die Steuerung des Zellstoffwechsels verantwortlich sind.
Die Rolle der Mitochondrien im Stoffwechsel
Wir können viel über Mitochondrien lernen , indem wir ihre Form und Verteilung innerhalb der Zelle beobachten. Diese Organellen können zu einem ausgedehnten Netzwerk von Energiefabriken verschmelzen , die entweder hocheffiziente Energieproduzenten sind oder als separate Organellen weniger effizient Energie produzieren. Um diesen Effizienzverlust auszugleichen, müssen diese separaten Organellen verschiedene Energiequellen – wie Fett, Kohlenhydrate und Proteine – verstärkt nutzen.
Im Laufe der Jahre entdeckte Gross‘ Team am Institut für Immunologie und Regenerative Biologie der Weizmann-Universität, dass Mitch nicht nur den Stoffwechsel reguliert, sondern auch ein wichtiger Regulator der mitochondrialen Fusion ist . Dies trägt zum Verständnis der Beobachtungen bei Mäusen bei. Hätte die Stilllegung von Mitch ähnliche Auswirkungen auf den Menschen?
In der neuen Studie untersuchten Forscher um Sabita Chourasia, was in menschlichen Zellen passiert , wenn das Mitch-Protein gentechnisch so entfernt wird . Die Wissenschaftler fanden heraus, dass das mitochondriale Netzwerk zusammenbricht, Organellen sich trennen, die Effizienz der Energieproduktion abnimmt und die Zelle in einen Zustand ständigen Energiemangels gerät.
Dies mag wie ein Horrorszenario klingen, doch ein Energiemangel und eine ineffiziente Energieproduktion können manchmal von Vorteil sein – beispielsweise, wenn das Ziel darin besteht, übermäßiges Essen auszugleichen oder die Nutzung der Fettreserven anzuregen und einer Fettansammlung vorzubeugen .
„ Nachdem wir Mitch entfernt hatten, haben wir alle paar Stunden die Auswirkungen auf mehr als 100 Substanzen gemessen, die am menschlichen Zellstoffwechsel beteiligt sind “, erklärt Dr. Chourasia. „ Wir beobachteten eine Zunahme der Zellatmung, also des Prozesses, bei dem Zellen mithilfe von Sauerstoff aus Nährstoffen wie Kohlenhydraten und Fetten Energie gewinnen. Dies erklärt die gesteigerte Muskelausdauer in früheren Experimenten mit Mäusen .“
Fett verbrennen, nicht nur Kalorien
Um die Atmungsrate zu erhöhen, benötigen Zellen mehr Nährstoffe für die Energieproduktion. Die Forscher fanden heraus, dass menschliche Zellen, aus denen Mitch entfernt worden war, aufgrund des hohen Energiebedarfs mehr gespeicherte Stoffe wie Fette, Kohlenhydrate und Aminosäuren „verbrannten“.
Während normale Zellen mehr Kohlenhydrate und Proteine als Fette zur Energiegewinnung nutzen, sind Zellen ohne Mitch in hohem Maße auf Fett zur Energieproduktion und zum Wachstum angewiesen .
„ Wir stellten fest, dass die Eliminierung des Mitch-Proteins zu einer signifikanten Reduzierung der Membranfette führte. Gleichzeitig stellten wir einen Anstieg der zur Energiegewinnung genutzten Fettmenge fest und entdeckten, dass die Membran Fett abbaut, um es als Brennstoff zu nutzen. Mit anderen Worten: Wir haben gezeigt, dass das Mitch-Protein das Schicksal des Fetts in menschlichen Zellen bestimmt “, erklärt Dr. Gross.
Im nächsten Schritt der Studie entdeckten die Forscher, dass die Rolle des Mitch-Proteins bei der Fettansammlung im Körper noch größer ist. Da bekannt ist, dass adipöse Frauen erhöhte Mitch-Werte aufweisen , vermuteten die Forscher, dass dieses Protein nicht nur für die mitochondriale Fusion, sondern auch für die Adipozytendifferenzierung entscheidend ist. Dabei lagern Vorläuferzellen Fett an und reifen in Adipozyten um.
„ Als wir Mitch aus den Vorläuferzellen entfernten, stellten wir fest, dass die in den Zellen geschaffene Umgebung die Synthese neuer Fette nicht begünstigte. Die verminderte Fähigkeit zur Membransynthese verhindert, dass die Zellen wachsen und den Punkt erreichen, an dem eine Differenzierung möglich ist “, bemerkt Dr. Gross und fährt fort:
Der Prozess der Fettansammlung erfordert viel verfügbare Energie, doch Zellen ohne Mitch leiden unter einem Energiemangel. Darüber hinaus wird die Expression von Genen, die für die Differenzierung erforderlich sind, gehemmt, und es fehlen Substanzen, die für diesen Prozess lebenswichtig sind. Infolgedessen wird die Differenzierung neuer Fettzellen und damit auch die Fettablagerung reduziert .
Angesichts dieser vielversprechenden Ergebnisse arbeitet Gross’ Labor derzeit mit Bina , der translationalen Forschungseinheit des Weizmann-Instituts , die Projekte im Frühstadium mit Anwendungspotenzial identifiziert, an einem umfassenden Programm zur Entwicklung eines neuartigen kleinen Moleküls, das Mitch hemmt und als wirksame Behandlung von Fettleibigkeit dienen könnte. Das Programm wird in Zusammenarbeit mit der Yeda Research and Development Company , einer Technologietransferorganisation des Weizmann-Instituts, umgesetzt.
Quellen: Science Daily , Springer Open , The EMBO Journal