Lage von Leber, Magen Gallenblase und Pankreas. © BruceBlaus. When using this image in external sources it can be cited as: Blausen.com staff. „Blausen gallery 2014“. Wikiversity Journal of Medicine. DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 20018762.. CC BY 3.0. Wikimedia Commons.
Bei Typ-2-Diabetes funktionieren die Betazellen nicht mehr richtig und es kommt in der Folge zu einer Insulinresistenz. Forschern ist es nun gelungen, die an diesem Prozess beteiligten pathologischen Vorgänge auf der Ebene des Stoffwechsels zu untersuchen. Dabei konnten sie zeigen, wie ein Übermaß an bestimmten Fettsäuren den Stoffwechsel der Betazellen aus dem Gleichgewicht bringt.
Während bei Typ-1-Diabetes die Betazellen der Langerhans-Inseln in der Bauchspeicheldrüse zerstört werden und absoluter Insulinmangel herrscht, reagieren die Körperzellen von Typ-2-Diabetikern auf Insulin nicht mehr mit einer so starken Aufnahmen von Zucker aus dem Blut, wie Gesunde. Man spricht von einer Insulinresistenz. Gleichzeitig funktionieren die Betazellen nicht mehr richtig. Doch wie es zu diesem Effekt kommt war bisher kaum bekannt. Das liegt unter anderem daran, dass die Langerhans-Inseln wegen ihrer Lage in der Bauchspeicheldrüse nur schwer zu untersuchen sind.
Untersuchung von Langerhans-Inseln in ihrer natürlichen Umgebung
Deshalb untersuchte das Forscherteam um Michaela Aichler am Helmholtz Zentrum München die Langerhans-Inseln bei Mäusen in ihrer natürlichen Umgebung. Damit vermieden sie sie durch die üblichen Isolationsprozesse möglichen Artefakte. Die gewonnenen Proben analysierten sie mit der hochauflösenden bildgebenden Massenspektrometrie (MALDI Imaging). Mit dieser Technik konnten sie die Verteilung von Stoffwechselprodukten (Zellmetaboliten) und Proteinen direkt in Gewebeschnitten bestimmen.
Fettsäuren beeinflussen Bildung und Sekretion von Insulin
Bei überernährten Mäusen war die Balance der Betazellen für die Insulinproduktion gestört: Ausschüttung und Synthese des Blutzuckerspiegel-Senkers gerieten aus dem Tritt. Was eine Fehlfunktion der Zellen zur Folge hat.
Fettsäureester, sogenannte Stearoylcarnitine, reichern sich schon früh bei der Entstehung eines Typ-2-Diabetes in den Betazellen an und behindern die Insulinsynthese. Denn die Akkumulation dieser Fettsäuren führt zu einer massiven Oxidation, die den für die Energiegewinnung der Zelle notwendigen Zitratcyclus zum erliegen bringt. Gleichzeitig kurbeln andere Fettsäuren, Acetylcarnitine und sich anreicherende N-acyl Taurine, die Ausschüttung von Insulin an. Die Beta-Zellen haben dadurch nicht mehr genügend Insulin, so dass sie ihre Aufgabe nicht mehr richtig erfüllen können.
Die Daten wurden mit einer speziellen statistischen Vorgehensweise in funktionelle Netzwerke und Stoffwechselwege übersetzt. Untersuchungen in Zellkulturexperimenten führten zu einem funktionellen Verständnis der Veränderungen. Durch weitere Experimente mit menschlichen Langerhans-Inseln konnten die Forscher zeigen, dass der entdeckte Mechanismus auch beim Menschen auftritt.
Helmoltz Zentrum München, 7. Juni 2017
Originalpublikation:
Aichler M et al. N-acyl Taurines and Acylcarnitines Cause an Imbalance in Insulin Synthesis and Secretion Provoking ß-Cell Dysfunction in Type 2 Diabetes, Cell Metabolism, DOI: 10.1016/j.cmet.2017.04.012