Mitochondrium. © public domain.
Unser Körper passt unseren Energiehaushalt ständig an die veränderten Nahrungsangebote oder körperlichen Aktivitäten an. Ist dieser Prozess gestört, so können Stoffwechselerkrankungen wie Adipositas und Diabetes entstehen. Wie Forscher nun entdeckt haben, spielt dabei das Protein Calcineurin eine zentrale Rolle. Es vernetzt gezielt Mitochondrien im Muskel miteinander und optimiert auf diese Weise die Zellatmung.
Die von uns aufgenommene Nahrung wird in den Mitochondrien über biochemische Zwischenschritte in Energie umgewandelt. Die sogenannten „Kraftwerke“ der Zelle sind zu einem Netzwerk miteinander verbunden, das je nach Aktivität und Bedarf der Zelle durch Verschmelzung oder Abspaltung von Mitochondrien dynamisch reguliert wird. Forscher am Helmholtz Zentrum München haben nun herausgefunden, wie Zelle durch die Bildung länglicher mitochondrialer Nanotunnel die Zellatmung verstärken und so eine Verbesserung des Energie- und Glukosehaushalts im gesamten Körper herbeiführen.
Calcineurin spielt eine Schlüsselrolle
Entscheidend hierbei ist das Enzym 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 Paul Pfluger vom Institut für Diabetes und Adipositas (IDO), der das internationale Team leitete.
Mitochrondrielles Netzwerk. © Simon Troeder. CC BY 4.0
Einen vergleichbaren Effekt beobachteten die Forscher auch bei Mäusen: Tiere mit einem Calcineurin-Defekt waren trotz fettreicher Nahrung vor Übergewicht geschützt und zeigten einen erhöhten Kalorienverbrauch. Gleichzeitig wiesen sie eine geringere körperliche Leistungsfähigkeit auf. 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 werden seit Jahren in der Klinik eingesetzt
Die Forscher gehen davon aus, dass ein evolutionär so hoch konservierter Prozess zur Kontrolle des Stoffwechsels auch bei uns Menschen eine ähnliche Rolle spielt. Calcineurin-Inhibitoren werden seit Jahren in der Klinik eingesetzt, um eine Abstoßungsreaktion nach einer Gewebetransplantation zu verhindern. Sie sind mit zahlreichen Nebenwirkungen verbunden. Dennoch wollen die Forscher testen, ob Calcineurin-Inhibitoren für eine Therapie gegen Adipositas geeignet sind. Für eine solche Therapie soll eine niedrigere Dosis der Wirkstoffe zum Einsatz kommen, um die Nebenwirkungen zu minimieren. Allerdings ist fraglich, ob die gewichtsreduzierenden Effekte auch noch bei niedrigeren Dosen auftreten. Denn dann müssten die hoch dosierten Transplantations-Patienten bereits durch extreme Schlankheit aufgefallen sein.
Helmholtz Zentrum München, 29 September 2015
Originalpublikation:
Pfluger, P. et al. (2015). Calcineurin Links Mitochondrial Elongation with Energy Metabolism, Cell Metabolism, DOI: 10.1016/j.cmet.2015.08.022