Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Insulin-Wirkung im Gehirn kann zu Fettleibigkeit führen

06.06.2011
Forscher entschlüsseln einen wichtigen Mechanismus, mit dem Insulin im Hypothalamus die Energiebilanz steuert

Fettreiches Essen macht dick. Hinter diesem einfachen Zusammenhang verbergen sich komplexe Signalwege, über die Botenstoffe im Gehirn den Energiehaushalt steuern. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für neurologische Forschung in Köln und des Exzellenzclusters CECAD der Universität zu Köln haben nun einen wichtigen Schritt in diesem komplexen Regelkreis aufgeklärt. Sie konnten zeigen, wie das Hormon Insulin im so genannten ventromedialen Hypothalamus des Gehirns wirkt. Insulin wird infolge von fettreicher Ernährung vermehrt ausgeschüttet. In speziellen Nervenzellen – den SF-1-Neuronen – setzt es eine Signalkaskade in Gang, in deren Zentrum das Enzym PI3-Kinase steht. Über mehrere Zwischenschritte hemmt Insulin so die Weiterleitung von Nervenimpulsen, dass das Sättigungsgefühl unterdrückt und der Energieverbrauch gesenkt wird. Das fördert Übergewicht und Fettleibigkeit.


Visualisierung der Insulin-Wirkung in SF-1 Neuronen des Hypothalamus. Nach der Stimulation mit Insulin bilden die SF-1-Zellen (rot) das Signalmolekül PiP3 (grün). (Blau: Zellkern) © MPI f. neurologische Forschung

Der Hypothalamus spielt bei der Regulierung des Energiehaushalts eine wichtige Rolle. Spezielle Nervenzellen in diesem Areal, die so genannten POMC-Zellen, reagieren auf Botenstoffe und steuern somit Essverhalten und Energieverbrauch. Ein wichtiger Botenstoff ist das Hormon Insulin. Insulin bewirkt im Körper dass der über die Nahrung aufgenommene Zucker in die Zielzellen (z.B. die Muskeln) transportiert wird und diesen so als Energiequelle zur Verfügung steht. Bei fettreicher Ernährung wird es verstärkt in der Bauchspeicheldrüse gebildet, so dass seine Konzentration auch im Gehirn zunimmt. Das Zusammenspiel zwischen Insulin und den Zielzellen im Gehirn ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung für die Kontrolle und Steuerung des Energiehaushaltes. Welche molekularen Mechanismen der Steuerung durch Insulin zugrunde liegen, ist bisher jedoch noch weitgehend unbekannt.

Eine Forschergruppe um Jens Brüning, Direktor am Max-Planck-Institut für neurologische Forschung und Leiter des Exzellenzclusters CECAD („Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases“) an der Universität zu Köln hat nun einen wichtigen Schritt in diesem komplizierten Regelwerk aufgeklärt. Wie die Wissenschaftler gezeigt haben, setzt Insulin in den SF-1-Neuronen – einer weiteren Gruppe von Nervenzellen im Hypothalamus – eine Signalkaskade in Gang. Interessanterweise scheinen diese Zellen jedoch nur bei fettreicher Ernährung und Übergewicht durch Insulin reguliert zu werden. In dieser Kaskade von Botenstoffen spielt das Enzym PI3-Kinase eine zentrale Rolle. Über Zwischenschritte aktiviert das Enzym Ionenkanäle und hemmt so die Weiterleitung von Nervenimpulsen. Die Forscher vermuten, dass die SF-1-Zellen auf diese Weise mit den POMC-Zellen kommunizieren.

Kinasen sind Enzyme, die andere Moleküle über Phosphorylierung – das Anhängen von Phosphatgruppen – aktivieren. „Bindet Insulin an seinen Rezeptor auf der Oberfläche der SF-1-Zellen, bewirkt es die Aktivierung der PI3-Kinase“, erklärt Tim Klöckener, Erstautor der Studie. „Die PI3-Kinase wiederum steuert über Phosphorylierung die Bildung von PIP3, einem weiteren Signalmolekül. PIP3 macht die entsprechenden Kanäle in der Zellwand durchlässig für Kalium-Ionen.“ Deren Einstrom bewirkt, dass die Nervenzelle langsamer „feuert“ – die Weiterleitung von elektrischen Impulsen wird unterdrückt.

„Über die Zwischenstation der SF-1-Neurone hemmt Insulin bei Übergewicht somit wahrscheinlich indirekt die POMC-Neurone, die für das Sättigungsgefühl verantwortlich sind“, vermutet der Wissenschaftler. „Gleichzeitig steigt dann die Nahrungsaufnahme weiter.“ Der direkte Nachweis, dass die beiden Typen von Nervenzellen auf diese Weise direkt miteinander kommunizieren, steht aber noch aus.

Um herauszufinden, wie Insulin im Gehirn wirkt, verglichen die Kölner Wissenschaftler Mäuse, bei denen der Insulin-Rezeptor auf den SF-1-Neuronen fehlt, mit Mäusen, deren Insulin-Rezeptor intakt war. Bei normaler Ernährung fanden die Forscher keinen Unterschied zwischen den beiden Gruppen. Dies deutet darauf hin, dass Insulin bei schlanken Individuen keinen entscheidenden Einfluss auf die Aktivität dieser Zellen hat. Bekamen die Nager hingegen fettreiche Kost zu fressen, blieben diejenigen mit defektem Insulin-Rezeptor schlank, während ihre Artgenossen mit funktionsfähigem Rezeptor rapide an Gewicht zulegten. Verantwortlich für die Gewichtszunahme waren sowohl ein gesteigerter Appetit als auch ein verringerter Kalorienverbrauch. Diese Wirkung von Insulin könnte eine evolutionäre Anpassung des Körpers an unregelmäßiges Nahrungsangebot mit langen Hungerperioden darstellen: Steht kurzzeitig ein Überangebot an besonders fettreicher Nahrung zur Verfügung, kann der Körper durch die Insulinwirkung besonders effektiv Energiereserven anlegen.

Ob die Ergebnisse der Studie möglicherweise helfen, um eines Tages gezielt in den Energiehaushalt einzugreifen, lässt sich derzeit noch nicht abschätzen. „Von einer praktischen Anwendung sind wir momentan noch weit entfernt“, sagt Jens Brüning. „Unser Ziel ist es herauszufinden, wie Hunger und Sättigungsgefühl entstehen. Erst wenn wir das gesamte System verstehen, können wir anfangen, Therapien zu entwickeln.“

Ansprechpartner
Prof. Jens Brüning
Max-Planck-Institut für neurologische Forschung, Cologne
E-Mail: bruening@nf.mpg.de
Ansprechpartner
Tim Klöckener
Universität zu Köln
Telefon: +49 221 470-1580
E-Mail: Tim.Kloeckener@uni-koeln.de
Originalveröffentlichung
Tim Klöckener, Simon Hess, Bengt F. Belgardt, Lars Paeger, Linda A.W. Verhagen, Andreas Husch, Jong-Woo Sohn, Brigitte Hampel, Harveen Dhillon, Jeffrey M. Zigman, Bradford B. Lowell, Kevin W. Williams, Joel K. Elmquist, Tamas L. Horvath, Peter Kloppenburg, Jens C. Brüning
High-fat Feeding Promotes Obesity via Insulin Receptor/P13k-Dependent Inhibition of SF-1 VMH Neurons

Nature Neuroscience, 5. Juni 2011

Prof. Jens Brüning | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/4332755/insulin_fettleibigkeit

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

nachricht Virologen der Saar-Uni entdecken neuen Mechanismus, der die Hautkrebs-Entstehung begünstigt
23.06.2017 | Universität des Saarlandes

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der Form eine Funktion verleihen

23.06.2017 | Informationstechnologie

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Rudolf-Virchow-Preis 2017 – wegweisende Forschung zu einer seltenen Form des Hodgkin-Lymphoms

23.06.2017 | Förderungen Preise