Potsdam-Rehbrücke – Ein Wissenschaftlerteam unter Führung von Annette Schürmann vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung (DIfE) hat nun ein Eiweißmolekül identifiziert, das die Fettspeicherung fördert. Das Protein sorgt dafür, dass die von hoch spezialisierten Fettzellen aufgenommenen Lipide in Form großer Fetttröpfchen gespeichert werden können. Zudem wirkt es dem Fettabbau entgegen. »Unsere am Mausmodell gewonnenen Ergebnisse tragen dazu bei, die molekulare Regulation der Fettspeicherung besser zu verstehen«, sagt Annette Schürmann. Das Eiweißmolekül sei interessant, da es auch im menschlichen Fettgewebe eine Rolle spielt.

Das Forscherteam, zu dem auch Wissenschaftler der Universitäten Münster und Leipzig sowie des Max-Planck-Instituts für Biochemie in Martinsried gehören, veröffentlichte seine Studienergebnisse in der Fachzeitschrift Molecular and Cellular Biology (Angela Hommel et al., 2010; DOI:10.1128/MCB.01269-09).

Überschüssige Nahrungsenergie wird langfristig in Form von Körperfett gespeichert. Dies ist seit langem bekannt – weitgehend unbekannt sind dagegen die molekularen Mechanismen, welche die Fettspeicherung regulieren. Um diese genauer zu untersuchen, nutzte das Team um Annette Schürmann einerseits ein Zellkulturmodell und andererseits ein besonderes Mausmodell. Bei letzterem handelt es sich um Tiere, bei denen im Vergleich zu Kontrollmäusen die Forscher das Eiweißmolekül ARFRP1 spezifisch entfernten. Durch den Vergleich der physiologischen Daten der Mäuse, die in ihrem Fettgewebe kein ARFRP1-Protein produzieren, mit den Daten von Kontrolltieren konnten die Wissenschaftler Rückschlüsse auf die Funktion des Eiweißmoleküls ziehen. Ebenso lieferten zusätzliche Zellkulturexperimente ergänzende biochemische Daten.

Die Tiere ohne ARFRP1 speicherten die Lipide kaum im Fettgewebe; die in den einzelnen Fettzellen eingelagerten Fetttröpfchen waren winzig. Zusätzliche biochemische Analysen zeigten darüber hinaus, dass ein fettabbauendes Enzym (hormone-sensitive lipase) stärker aktiviert wurde. Der Speicherdefekt des Fettgewebes hatte zur Folge, dass die Tiere bereits im Alter von nur sieben Tagen Lipide in anderen Geweben, z.B. der Leber, einlagerten – ein Vorgang, der zu einer Insulinresistenz führen kann, einer Vorstufe des Typ-2-Diabetes.

»Aufgrund unserer Daten gehen wir davon aus, dass das identifizierte Protein gleichzeitig zwei Prozesse reguliert. Einerseits fördert es die Fusion kleiner Fettpartikel zu größeren Fetttropfen. Andererseits hemmt es den enzymatischen Fettabbau«, erklärt Angela Hommel, Erstautorin der Studie. Damit sei die Forschung wieder ein kleines Stückchen weitergekommen, um die molekularen Grundlagen der Fettspeicherung zu verstehen, ergänzt Annette Schürmann.

Die Wissenschaftler gehen derzeit nicht davon aus, dass ihre Erkenntnisse in naher Zukunft dazu genutzt werden können, neue Medikamententherapien gegen krankhaftes Übergewicht zu entwickeln. Denn das identifizierte Protein spielt auch während der Embryonalentwicklung sowie in anderen Organen wie der Leber, den Nieren oder dem Gehirn eine wichtige Rolle. Würde man also beispielsweise versuchen, die Wirkung des Proteins ARFRP1 und damit auch die Fettspeicherung medikamentös zu unterdrücken, wären sicher zu starke Nebenwirkungen zu erwarten.

Allerdings stellt die von der Arbeitsgruppe Schürmann entwickelte Maus ein neues Modell zur Untersuchung der Ursachen und Mechanismen der Insulinresistenz dar. »Aufgrund der defekten Fettspeicherung im Fettgewebe lagert der Körper Fette in anderen Organen, wie z.B. der Leber, dem Skelettmuskel und dem Herz ein, wie es auch bei übergewichtigen und adipösen Personen beobachtet wird. Diese ›fehlerhafte‹ Fettspeicherung wird mit einer verminderten Insulinwirkung in Verbindung gebracht, deren molekularen Ursachen nun in unserem Modell aufgeklärt werden können«, sagt Annette Schürmann.

Hintergrundinformation:
Das Fettgewebe spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulation des Energiehaushalts des Körpers. Dabei muss man zwischen zwei Gewebetypen unterscheiden:
Das so genannte braune Fettgewebe trägt dazu bei, die Körpertemperatur aufrecht zu erhalten. Das in ihm gespeicherte Fett wird direkt für die Wärmeproduktion verwendet, so dass hier größere Mengen an Energie verbraucht werden. Lange ging man davon aus, dass das braune Fettgewebe beim Menschen eher eine untergeordnete Rolle spielt und er nur im Säuglingsalter wenig davon besitzt. Neuere Studien belegen jedoch, dass auch der erwachsene Mensch über braunes Fettgewebe verfügt, wobei allerdings adipöse Personen kein oder nur geringe Mengen dieses stoffwechselaktiven Gewebes aufweisen.

Das so genannte weiße Fettgewebe erfüllt drei verschiedene Aufgaben:

• Es ist Speicher- und Depotfett; ein Mensch mit einer Fettreserve von 15 Kilo kann etwa 50 bis 60 Tage ohne Nahrung auskommen.
• Es bietet ähnlich wie ein »Airbag« einen gewissen Schutz vor mechanischen Verletzungen.
• Es dient der Wärmedämmung, denn Fett ist ein schlechter Wärmeleiter.

Die Fettzellen (Adipocyten) des weißen Fettgewebes sind vergleichsweise große Zellen. Die Zelle ist fast vollständig mit einem großen Fetttropfen ausgefüllt, wobei der Zellkern dicht an den Zellrand gedrückt ist. Stark vereinfacht, kann man sich die Fettzelle als einen dehnbaren Öltank vorstellen.

Kontakt:
Prof. Dr. Annette Schürmann
Deutsches Institut für Ernährungsforschung
Potsdam-Rehbrücke (DIfE)
Abteilung Experimentelle Diabetologie
Arthur-Scheunert-Allee 114-116
D-14558 Nuthetal
Tel.: ++49 (0)33200 88 368
E-Mail: schuermann@dife.de

Wenn Krankheitserreger in den Organismus eindringen, aktiviert dies die Th-Zellen und prägt sie auf genau diese »Angreifer«. Bislang waren fünf Untergruppen von Th-Zellen bekannt. Th1-Zellen bekämpfen krankmachende Keime und Viren innerhalb der Zellen des menschlichen Körpers. Th2-Zellen dagegen wehren außerhalb der Zellen vorkommende Erreger und Parasiten ab. Sie sind aber auch für die Entstehung von Asthma und Allergien verantwortlich. Jeder Th-Zelltyp wird gesteuert von einem bestimmten Genregulator – dem so genannten Schlüssel-Transkriptionsfaktor. Die Prägung der Th-Zellen galt bisher als unumkehrbar.

Eine Forschergruppe der Charité und des DRFZ um Professor Dr. rer. nat. Max Löhning konnte jetzt nachweisen, dass sich bereits spezialisierte Th2-Zellen umprogrammieren lassen. Dafür injizierten sie Mäusen diese Zellen, die auf die Abwehr von Parasiten geprägt sind. Anschließend infizierten sie die Mäuse aber gezielt mit Viren. Die Virusinfektion löst bestimmte Immunsignale aus. Mit diesen Signalen gelang es den Forschern, die Th2-Zellen auch zur Bekämpfung der viralen Erreger anzuregen.

Sie fanden heraus, dass durch die neue Prägung auf Viren die anfängliche Spezialisierung auf Parasiten nicht verloren geht. Stattdessen entsteht ein neuer Zwischentyp, die so genannten ‚Th2+1’-Zellen. Sie vereinen in sich das Abwehrpotential beider Untergruppen und erwiesen sich in der Studie als stabil, wie die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift »Immunity« berichten: Auch Monate nach Abklingen der Virusinfektion war die neue Abwehrfunktion noch in den Gedächtnis-T-Zellen anzutreffen. Zudem klärten die Forscher die molekularen Grundlagen: Jede der neuen Th-Zellen bildet zwei Schlüssel-Transkriptionsfaktoren – sowohl den Genregulator zur Parasitenabwehr als auch den Faktor zur Virusbekämpfung.

Diese grundlegenden Erkenntnisse fördern nicht nur das Verständnis von ‚Lernprozessen’ in Immunzellen. Sie eröffnen auch neue Wege zur Therapie von Asthma und Allergien. Denn besonders die gegen Parasiten gerichteten Th2-Zellen tragen zur Entstehung dieser Erkrankungen maßgeblich bei. »Durch das Umprogrammieren in die neue Hybridform hoffen wir, die Allergie verstärkenden Eigenschaften dieser Helferzellen schwächen zu können«, sagt Professor Löhning. »Diese therapeutische Anwendung erforschen wir derzeit.« Seine von der VolkswagenStiftung im Rahmen des Lichtenberg-Programms geförderte Arbeitsgruppe an der Medizinischen Klinik für Rheumatologie und Klinische Immunologie der Charité arbeitet eng mit dem DRFZ Berlin zusammen.

Die Studie zeige, wie wichtig Grundlagenforschung für die Entwicklung neuer Therapien sei, betonen Professor Dr. med. Gerd-Rüdiger Burmester, Direktor der Medizinischen Klinik für Rheumatologie und Klinische Immunologie, und Professor Dr. rer. nat. Andreas Radbruch, Direktor des DRFZ: »Allergien und Asthma nehmen in den Industrieländern seit Jahrzehnten zu. Unsere Entdeckung könnte die Behandlung immunologischer Erkrankungen in der Zukunft verbessern und den Betroffenen helfen.«

Quelle: Hegazy et al., „Interferons direct Th2 cell reprogramming to generate a stable GATA-3+T-bet+ cell subset with combined Th2 and Th1 cell functions”, Immunity (2010), doi:10.1016/j.immuni.2009.12.004
Veröffentlichung in Immunity: online am 14. Januar 2010, am 29. Januar 2010 in der Printausgabe (Download: http://www.cell.com/immunity/newarticles).

Kontakt:
Prof. Dr. Max Löhning
Medizinische Klinik für Rheumatologie und Klinische Immunologie
–Lichtenberg-Professur für Experimentelle Immunologie–
Charité – Universitätsmedizin Berlin
Deutsches Rheuma-Forschungszentrum Berlin (DRFZ)
Charitéplatz 1
10117 Berlin
Telefon: 030 28 460 760
E-Mail: loehning@drfz.de

Der diesjährige Nobelpreis für Medizin ging an drei Wissenschaftler aus den USA, die bahnbrechende Erkenntnisse zur Alterung und dem Absterben von Zellen erarbeitet haben. Die Professoren Blackburn, Greider und Szostak wurden für Ihre Telomer-Forschung ausgezeichnet, die unser Verständnis von den Vorgängen in der Zelle grundlegend erweitert hat und heute als Grundlage für weitere Studien dient.

Auch am Essener Universitätsklinikum zeigt die Telomer-Forschung neue Wege für die Behandlung von verschiedenartigen Krankheiten auf. Eine Forschungsgruppe in der Klinik für Hämatologie arbeitet mit den modernsten Methoden zur Messung der Telomerlänge.

»Durch diese Messmethode können wir zuverlässig die Längen der Telomere bestimmen. Die Telomer-Länge gibt Auskunft über das tatsächliche biologische Alter der Menschen und kann so Aufschluss darüber geben, ob die Untersuchten zu bestimmten Erkrankungen neigen können«, erklärt Dr. Alexander Röth von der Klinik für Hämatologie am UK Essen.

Warum altern Zellen? Warum sterben Zellen?

Als Telomere werden die Enden der Chromosomen bezeichnet. Sie verkürzen sich mit jeder Zellteilung. Beim Menschen etwa gehen bei jeder Teilung zwischen 50 und 100 Basenpaare verloren. Dieser Verlust an Basenpaaren und die damit einhergehende Verkürzung der Telomer-Länge wird als End-Replikations-Problem bezeichnet. Ab einer bestimmten Teilungszahl können sich die Chromosomen wegen der dann zu kurzen Telomere nicht mehr replizieren und einige Zellen sterben ab. Wenn nicht die sogenannte Telomerase wäre: Dieses Zellkern-Enzym kann die Endstücke, die so genannten Telomerkappen, der Erbsubstanz wiederherstellen und die Telomere verlängern. »Das klingt natürlich erst einmal nach einem riesigen Vorteil, weil dadurch theoretisch das Leben der Zellen fast unbegrenzt verlängert werden kann«, sagt Dr. Alexander Röth. »Man muss dabei allerdings bedenken, dass die Telomerase auch das Leben der Zellen verlängert, die für den Körper schädlich sind«, gibt er zu bedenken. »Immerhin ist in 80 bis 90 Prozent der menschlichen Krebszellen eine krankhafte Überproduktion von Telomerase-Enzymen nachweisbar.«

Auf dem Weg zu einer neuen Krebstherapie

Die Essener Forschungsgruppe, der Dr. Alexander Röth angehört, untersucht derzeit, ob eine gezielte Unterdrückung der Telomerase in der Anti-Krebs-Therapie alleine eingesetzt werden kann, oder etwa unterstützend zu einer Chemotherapie. Mit dieser Therapie und der Hemmung der Telomerase soll eben diese Reparatur der Telomere verhindert werden – so können bösartige Zellen in den Tod getrieben werden.

»Wir richten unser Augenmerk derzeit auf die Erforschung einer seltenen Leukämieart, der so genannten Prolymphozytenleukämie (T-PLL), die zu den Non-Hodgkin-Lymphomen gezählt wird«, so Dr. Röth. »Bei dieser Erkrankung trifft eine hohe Telomerase-Aktivität auf sehr kurze Telomere«, berichtet er dann. »Wir möchten diesen Zusammenhang entschlüsseln, um dadurch neue Erkenntnisse über die Telomerase und ihren genauen Wirkmechanismus zu gewinnen.« Derzeit ist am Universitätsklinikum Essen eine Klinische Studie in Vorbereitung, bei der die Prolymphozytenleukämie mit Imetelstat, dem ersten verfügbaren Telomeraseinhibitor, behandelt werden soll.

Dr. Alexander Röth ist zuversichtlich, dass der Einsatz dieser Inhibitoren bei dieser seltenen Erkrankung nur die Spitze des Eisberges ist. »Die Forschung wird in den kommenden Jahren dahin gehen, weitere Krebsarten und Erkrankungen für den Einsatz von Telomerase-Inhibitoren aufzuspüren und erfolgreich zu behandeln.«

Mehr Informationen zum Thema und zur Forschungsgruppe:

Dr. med. Alexander Röth
Oberarzt an der Klinik für Hämatologie
Universitätsklinikum Essen
Hufelandstraße 55
45122 Essen

Tel.: 0201-723-84219
Fax: 0201-723-1716
E-Mail:alexander.roeth@uni-due.de
Weitere Informationen:

http://www.uniklinik-essen.de

Neuherberg, (1. April 2009). Ein Wissenschaftlerteam um Dr. Timm Schroeder vom Helmholtz Zentrum München hat die Existenz eines Blut bildenden Endothels bewiesen. Damit wird die bislang ungeklärte Frage beantwortet, wie in der Embryonalentwicklung Blutzellen entstehen. Blutzellen können so in Zukunft im Labor zielgerichteter erzeugt werden. Damit leisten die jüngsten Erkenntnisse einen wichtigen Beitrag für zukünftige klinische Therapieansätze.

Die Untersuchung wurde im renommierten Wissenschaftsmagazin »Nature« publiziert und wird ein zentrales Thema auf dem von 2. bis 4. April in München stattfindenden internationalen Fachkongress über molekulare Mechanismen der Blutbildung sein.
Vom 2. bis 4. April werden auf dem internationalen Kongress »Molecular Mechanisms of Normal and Malignant Hematopoiesis« in München molekulare Mechanismen der Blutbildung (Hämatopoese) präsentiert. Eine Frage, die Wissenschaftler seit Jahrzehnten beschäftigte, konnte nun gelöst werden: Wie entstehen genau die ersten Blutzellen im Embryo? Dr. Timm Schroeder, Arbeitsgruppenleiter am Institut für Stammzellforschung des Helmholtz Zentrums München, fand zusammen mit seinen Kollegen heraus, dass es eine besondere Art von Endothelzellen gibt, die sich in Blutzellen verwandeln können. Endothelzellen kleiden Blutgefäße von innen aus.

Dr. Timm Schroeder erläutert: »Der Prozess, bei dem Blutzellen entstehen, ist äußerst schwierig zu untersuchen: Er findet nur für kurze Zeit und im Verborgenen während der Embryonalentwicklung im Mutterleib statt.«

Zunächst mussten die Wissenschaftler die technischen Voraussetzungen schaffen, um über einen längeren Zeitraum die Verwandlung von Endothel- in Blutzellen kontinuierlich auf Einzelzellebene beobachten zu können. Schroeder und seine Kollegen entwickelten dazu neue Bioimaging-Verfahren, mit denen das Verhalten vieler einzelner Zellen aufgenommen und beobachtet werden kann. Sie kombinierten dafür optimierte Mikroskopie-, Inkubations- und Bildaufnahmeverfahren sowie neu entwickelte Computerprogramme zur Einzelzellverfolgung in Zeitrafferfilmen mit komplexen Methoden der Zellreinigung und Zellkultur. So konnten die Wissenschaftler das Verhalten vieler differenzierender, mesodermaler Zellen über einen Zeitraum von bis zu einer Woche beobachten.

Durch sorgfältige Analyse tausender Zellen und deren exprimierter Moleküle konnten Dr. Timm Schroeder und die Doktorandin Hanna Eilken einige seltene Endothelzellen finden, die sich in der Tat in Blutzellen verwandelten.

»Im nächsten Schritt werden wir uns auf die Identifikation von Molekülen konzentrieren, die für die Spezifikation von Blutzellen verantwortlich sind«, beschreibt Schroeder. »Letztlich wollen wir die genauen molekularen Mechanismen verstehen. Die Identifikation des exakten Zelltyps, der Blutzellen hervorbringt, ist eine wichtige Voraussetzung, um zu verstehen, welche Kombination von Molekülen eine Zelle zu einer Blutzelle macht.«

Neben dem verbesserten Verständnis über die Mechanismen der Blutbildung sind die Ergebnisse der nun veröffentlichten Studie wichtig, um die Herstellung von Blutzellen im Labor für klinische Therapien zu verbessern. Eine mögliche in vitro-Produktion unbegrenzter Mengen an Blutzellen aus embryonalen Stammzellen gilt als viel versprechende Option für neue therapeutische Ansätze. Allerdings müssen für die zielgerichtete, effiziente und reine Herstellung spezifischer Blutzellen, die auch gefahrlos eingesetzt werden können, die notwendigen Differenzierungsschritte genau verstanden werden. Schroeder: »Unsere Studie hat nun den letzten dieser Schritte geklärt.»

Originalpublikation: Eilken HM, Nishikawa SI and Schroeder T (2009):
Continuous single-cell imaging of blood generation from haemogenic endothelium
Nature, 457: 896 – 900

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PubMed Abstract: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19212410?ordinalpos=1&itool=EntrezSystem2…

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Symposium 2.-4. April 2009
Klinikum der Universität München, Campus Großhadern
Molecular Mechanisms of Normal and Malignant Hematopoiesis http://sfb684.klinikum.uni-muenchen.de/Symposium2009.htm

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Youtube »Geburt« von Blutzellen