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Vernetzte Zellkraftwerke für eine schlanke Linie

Calcineurin als Schlüsselmolekül für Typ-2-Diabetes identifiziert

Dr. Paul Pfluger und Prof. Dr. Matthias Tschöp Unser Körper stellt den Energiehaushalt kontinuierlich auf ein verändertes Nahrungsangebot oder körperliche Aktivität ein. Störungen in diesem Prozess spielen eine wesentliche Rolle bei der Entstehung von Stoffwechselerkrankungen wie Adipositas und Diabetes. Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München berichten jetzt im Journal 'Cell Metabolism', dass dabei das Protein Calcineurin eine zentrale Funktion übernimmt, indem es gezielt Mitochondrien im Muskel miteinander vernetzt und so die Zellatmung optimiert.

In den Mitochondrien wird die aufgenommene Nahrung über biochemische Zwischenschritte in Energie umgewandelt. Die "Kraftwerke" der Zelle sind in einem Netzwerk miteinander verbunden, welches je nach Aktivität und Bedarf der Zelle über eine Verschmelzung (Fusion) bzw. Teilung (Fission) von Mitochondrien dynamisch reguliert werden kann. Wissenschaftler am Helmholtz Zentrum München berichten von einem neuen Mechanismus, wie die Zelle durch Bildung von länglichen mitochondrialen Nanotunneln die Zellatmung verstärkt und hierdurch eine allgemeine Verbesserung des Energie- und Glukosehaushalts im gesamten Körper bewirken kann.

Calcineurin als Schlüsselmolekül identifiziert

Entscheidend dabei ist das Molekül Calcineurin. "In unserer Studie konnten wir zeigen, dass Fliegen, die kein Calcineurin produzieren können, trotz hochkalorischer Nahrung ein geringeres Gewicht, geringere Fettspeicher sowie eine erhöhte Stoffwechselrate aufwiesen" so Dr. Paul Pfluger vom Institut für Diabetes und Adipositas (IDO), der das Team aus Kollegen des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD) und Wissenschaftlern aus den USA leitete.

Und scheinbar sind die Fliegen kein evolutionärer Einzelfall: auch Mäuse mit einem Calcineurin-Defekt waren trotz fettreicher Nahrung vor Übergewicht geschützt und zeigten einen erhöhten Kalorienverbrauch. Um diesen Effekt zu bestätigen, hemmten die Wissenschaftler im Tiermodell ganz gezielt die Wirkung von Calcineurin durch einen entsprechenden Inhibitor, das sogenannte Tacrolimus[*]. In der Tat konnte diese Behandlung ebenfalls die Gewichtszunahme durch kalorienreiche Nahrung reduzieren.

Calcineurin-Inhibitoren seit Jahren in der Klinik

"Ein evolutionär so hoch konservierter Mechanismus zur Kontrolle des Stoffwechsels in Fliegen und Mäusen lässt vermuten, dass Calcineurin auch im Menschen eine ähnliche Rolle spielt", spekuliert Paul Pfluger. "Es würde also naheliegen, die Funktion von Calcineurin medikamentös zu unterbinden, um Fettsucht zu behandeln". Entsprechende Inhibitoren werden hochdosiert bereits seit Jahren in der Klinik eingesetzt, um eine Abstoßungsreaktion nach Gewebstransplantationen zu verhindern, sind aber aufgrund zahlreicher Nebenwirkungen nicht unumstritten. Effekte von niedrigdosierten Calcineurin-Inhibitoren auf das Körpergewicht von adipösen Patienten wurden allerdings bisher nicht klinisch untersucht. "Unserer Meinung nach ist eine solche Studie mit niedrigen Konzentrationen von Calcineurin-Inhibitoren durchaus sinnvoll. Entsprechende Ansätze werden aktuell getestet", so Pfluger.

Das Helmholtz Zentrum München verfolgt als Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.300 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 18 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 37.000 Beschäftigten angehören. Das Helmholtz Zentrum München ist Partner im Deutschen Zentrum für Diabetesforschung e.V.

Das Institut für Diabetes und Adipositas (IDO) erforscht die Erkrankungsmechanismen des Metabolischen Syndroms mit systembiologischen und translationalen Ansätzen. Mittels zellulärer Systeme, genetisch modifizierter Mausmodelle und klinischer Interventionsstudien sollen neue Signalwege und Zielstrukturen entdeckt werden. Ziel ist die interdisziplinäre Entwicklung innovativer Therapieansätze zur personalisierten Prävention und Behandlung von Adipositas, Diabetes und deren Begleiterkrankungen. Das IDO ist Teil des Helmholtz Diabetes Center (HDC).

Das Deutsche Zentrum für Diabetesforschung e.V. (DZD) ist eines der sechs Deutschen Zentren der Gesundheitsforschung. Es bündelt Experten auf dem Gebiet der Diabetesforschung und verzahnt Grundlagenforschung, Epidemiologie und klinische Anwendung. Ziel des DZD ist es, über einen neuartigen, integrativen Forschungsansatz einen wesentlichen Beitrag zur erfolgreichen, maßgeschneiderten Prävention, Diagnose und Therapie des Diabetes mellitus zu leisten. Mitglieder des Verbunds sind das Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, das Deutsche Diabetes-Zentrum DDZ in Düsseldorf, das Deutsche Institut für Ernährungsforschung DIfE in Potsdam-Rehbrücke, das Institut für Diabetesforschung und Metabolische Erkrankungen des Helmholtz Zentrum München an der Eberhard-Karls-Universität Tübingen und das Paul-Langerhans-Institut Dresden des Helmholtz Zentrum München am Universitätsklinikum Carl Gustav Carus der TU Dresden, assoziierte Partner an den Universitäten in Heidelberg, Köln, Leipzig, Lübeck und München sowie weitere Projektpartner.

Quellen

Hintergrund: Tacrolimus wird seit Jahren in hoher Dosis zur Suppression des Immunsystems eingesetzt. Das Molekül kommt bei Abstoßungsreaktionen oder atopischen Ekzemen zum Einsatz. Die systemische Gabe ist allerdings mit zahlreichen Nebenwirkungen verbunden.

Original-Publikation: Pfluger, P. et al. (2015). Calcineurin Links Mitochondrial Elongation with Energy Metabolism, Cell Metabolism, DOI: 10.1016/j.cmet.2015.08.022

Bildunterschrift: Dr. Paul Pfluger und Prof. Dr. Matthias Tschöp
Bildquelle: Helmholtz Zentrum München (HMGU)

zuletzt bearbeitet: 30.09.2015 nach oben

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