Störfall im Kraftwerk der Zellen

IMBA-Forscher publizieren überraschende Erkenntnisse zum Thema Diabetes

Wien (OTS) - Ein Forscherteam um Josef Penninger untersuchte die molekularen Vorgänge bei der Entstehung von Typ 2 Diabetes. Die Ergebnisse stellen die Vorstellungen von Ursache und Auswirkung auf den Kopf. Die Zeitschrift Cell widmet dem Thema eine Titelseite. Zwischen fünf und zehn Prozent der Weltbevölkerung leiden an Diabetes oder Fettleibigkeit, nicht selten gehen beide Krankheiten Hand in Hand. Für die Betroffenen bedeutet dies unter anderem ein erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und die Gefahr von schwerwiegenden Komplikationen bis hin zu Nierenversagen oder Erblindung. Der Anteil der Diabetiker an der Bevölkerung steigt zudem rasant an - eine Entwicklung, die zunehmend auch Kinder und Jugendliche betrifft.

Sowohl Diabetes vom Typ 2 als auch bestimmte Formen der Fettsucht beruhen auf einer Unempfindlichkeit des Muskelgewebes gegenüber dem Hormon Insulin. Wiederholt haben Studien ergeben, dass ein Zusammenhang zwischen Insulinresistenz und der Leistungsfähigkeit der Mitochondrien besteht. Diese Strukturen, die oft auch als die Kraftwerke der Zelle bezeichnet werden, sind für die Bereitstellung der Energie in einer für den Körper verwertbaren Form zuständig. Aus Fettsäuren und Zuckern der Nahrung produzieren sie ATP, die universelle "Energiewährung" des Lebens.

Matte Mitochondrien bei Diabetes

Mit Hilfe der Magnetresonanz-Spektroskopie lässt sich die von den Mitochondrien produzierte Menge ATP im lebenden Gewebe messen. Bei Patienten mit Insulinresistenz zeigt sich, dass die Mitochondrien der Muskelzellen äußerst ineffizient arbeiten. Sie benötigen wesentlich mehr "Kraftstoff" als gesundes Muskelgewebe, um dieselbe Energiemenge bereitzustellen. Untersuchungen haben dieses Phänomen wieder und wieder bestätigt. In der Stoffwechselforschung festigte sich daher die Ansicht, leistungsschwache Mitochondrien seien die Ursache von Insulinresistenz und damit von Diabetes und Fettsucht. Dieser kausale Zusammenhang wurde jedoch nie experimentell bestätigt.

Am IMBA, dem Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, ging man der Frage nach Ursache und Wirkung auf den Grund und fand Erstaunliches. Dem Physiologen Andrew Pospisilik aus dem Team von Josef Penninger gelang es, Mäuse genetisch so zu verändern, dass die Mitochondrien der Muskelzellen ihre Leistung drosselten. Dies gelang durch gewebespezifische Ausschaltung des Proteins AIF, eines mitochondrialen Regulators. Die dadurch hervorgerufene Störung in den Zellkraftwerken glich exakt dem beschriebenen Defekt bei Menschen vor der Manifestation von Diabetes. Damit hatten die Forscher ein Tiermodell entwickelt, an dem sie das zentrale Paradigma - nämlich ob ein primärer Defekt bei der mitochondrialen Energieproduktion zu Fettsucht und Diabetes führt - experimentell überprüfen konnten

Schlank trotz Fast Food

Als diese Mäuse auf Anzeichen von Diabetes oder Fettsucht getestet wurden, erlebten die Forscher eine Überraschung: die Tiere waren schlank und äußerst Insulin-empfindlich. Wurden sie auf eine Fast Food-ähnliche Diät mit hohem Fettanteil gesetzt, so waren sie sogar vor Diabetes und Dickleibigkeit geschützt. Andrew Pospisilik erklärt das scheinbare Paradoxon damit, dass ineffiziente Mitochondrien eben mehr "Kraftstoff" verbrennen müssen als funktionstüchtige. "Die Unterfunktion der Mitochondrien, die wir bei Diabetes und Fettsucht beobachten, scheint nicht die Ursache sondern ein Kompensations-Mechanismus des Körpers zu sein", schließt der junge Postdoktorand aus seinen Versuchen.

"Wir wollten eigentlich den experimentellen Beweis liefern, dass defekte Mitochondrien zu Typ 2 Diabetes führen können, wie von vielen korrelativen Studien vorgeschlagen," kommentiert Lead-Autor Josef Penninger die Arbeit. "Zu unserem Erstaunen ergaben die Ergebnisse genau das Gegenteil von dem, was die meisten Experten erwartet hatten. Natürlich sollte man von unseren Mausdaten nicht direkt auf Menschen schliessen. Die Beziehungen zwischen Energiehaushalt, Mitochondrien, Fettsucht und Diabetes sind aber vermutlich viel komplexer als angenommen."

Die Arbeit, in der die Forscher ihre neuen Erkenntnisse beschreiben, wird am 2. November als Coverstory in der Zeitschrift Cell publiziert.

IMBA

Das IMBA - Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften kombiniert Grundlagen-und angewandte Forschung auf dem Gebiet der Biomedizin. Interdisziplinär zusammengesetzte Forschergruppen bearbeiten funktionsgenetische Fragen, besonders in Zusammenhang mit der Krankheitsentstehung. Ziel ist es, das erworbene Wissen in die Entwicklung innovativer Ansätze zur Prävention, Diagnose und Therapie von Krankheiten einzubringen.

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