Anzeige

Fat-rich food makes you fat. Behind this simple equation lie complex signalling pathways, through which the neurotransmitters in the brain control the body's energy balance.
Scientists at the Cologne-based Max Planck Institute for Neurological Research and the Cluster of Excellence in Cellular Stress Responses in Ageing-associated Diseases (CECAD) at the University of Cologne have clarified an important step in this complex control circuit. They have succeeded in showing how the hormone insulin acts in the part of the brain known as the ventromedial hypothalamus.
The consumption of high-fat food causes more insulin to be released by the pancreas. This triggers a signalling cascade in special nerve cells in the brain, the SF-1 neurons, in which the enzyme P13-kinase plays an important role. Over the course of several intermediary steps, the insulin inhibits the transmission of nerve impulses in such a way that the feeling of satiety is suppressed and energy expenditure reduced. This promotes overweight and obesity.
The hypothalamus plays an important role in energy homeostasis: the regulation of the body's energy balance. Special neurons in this part of the brain, known as POMC cells, react to neurotransmitters and thus control eating behaviour and energy expenditure. The hormone insulin is an important messenger substance. Insulin causes the carbohydrate consumed in food to be transported to target cells (e.g. muscles) and is then available to these cells as an energy source. When high-fat food is consumed, more insulin is produced in the pancreas, and its concentration in the brain also increases. The interaction between the insulin and the target cells in the brain also plays a crucial role in the control of the body's energy balance. However, the precise molecular mechanisms that lie behind the control exercised by insulin remain largely unclear.
A research group led by Jens Brüning, Director of the Max Planck Institute for Neurological Research and scientific coordinator of the CECAD (Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases) cluster of excellence at the University of Cologne has achieved an important step in the explanation of this complex regulatory process. As the scientists have shown, insulin in the SF-1 neurons – another group of neurons in the hypothalamus – triggers a signalling cascade. Interestingly, however, these cells appear only to be regulated by insulin when high-fat food is consumed and in the case of overweight. The enzyme P13-kinase plays a central role in this cascade of messenger substances. In the course of the intermediary steps in the process, the enzyme activates ion channels and thereby prevents the transmission of nerve impulses. The researchers suspect that the SF-1 cells communicate in this way with the POMC cells.
Kinases are enzymes that activate other molecules through phosphorylation – the addition of a phosphate group to a protein or other organic molecule. "If insulin binds to its receptor on the surface of the SF-1 cells, it triggers the activation of the PI3-kinase," explains Tim Klöckener, first author of the study. "The PI3-kinase, in turn, controls the formation of PIP3, another signalling molecule, through phosphorylation. PIP3 makes the corresponding channels in the cell wall permeable to potassium ions." Their influx causes the neuron to 'fire' more slowly and the transmission of electrical impulses is suppressed.
"Therefore, in overweight people, insulin probably indirectly inhibits the POMC neurons, which are responsible for the feeling of satiety, via the intermediary station of the SF-1 neurons," supposes the scientist. "At the same time, there is a further increase in food consumption." The direct proof that the two types of neurons communicate with each other in this way still remains to be found, however.
In order to find out how insulin acts in the brain, the Cologne-based scientists compared mice that lacked an insulin receptor on the SF-1 neurons with mice whose insulin receptors were intact. With normal food consumption, the researchers discovered no difference between the two groups. This would indicate that insulin does not exercise a key influence on the activity of these cells in slim individuals. However, when the rodents were fed high-fat food, those with the defective insulin receptor remained slim, while their counterparts with functional receptors rapidly gained weight. The weight gain was due to both an increase in appetite and reduced calorie expenditure. This effect of insulin could constitute an evolutionary adaptation by the body to an irregular food supply and extended periods of hunger: if an excess supply of high-fat food is temporarily available, the body can lay down energy reserves particularly effectively through the action of insulin.
It is not currently possible to say whether the findings of this research will eventually help to facilitate targeted intervention in the body's energy balance. "We are currently still very far away from a practical application," says Jens Brüning. "Our objective is to find out how hunger and the feeling of satiety arise. Only when we understand the entire system at work here, we will be able to start developing treatments."
Original publication:
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, June 5th 2011
Professor Jens C. Brüning | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.nf.mpg.de
Weitere Berichte zu: beruflicher Stress > CECAD > energy balance > energy expenditure > food consumption > high-fat food > Insulin > molecular mechanism > nerve cell > nerve impulses > P13-kinase > PI3-kinase
Newly discovered breast milk antibodies help neutralize HIV
23.05.2012 | Duke University Medical Center
Scientists unravel role of fusion gene in prostate cancer
23.05.2012 | New York- Presbyterian Hospital/Weill Cornell Medical Center/Weill Cornell Medical College
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Ein neuer Sonderforschungsbereich (SFB) an der Philipps-Universität geht der einzigartigen Fähigkeit von Mikroorganismen auf den Grund, sich ständig an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert den SFB 987 mit dem Titel "Mikrobielle Diversität in der umweltabhängigen Signalantwort" in den kommenden vier Jahren mit voraussichtlich mehr als sieben Millionen Euro.
„Die erfolgreiche Beantragung des neuen Sonderforschungsbereichs belegt einmal mehr die exzellenten wissenschaftlichen Leistungen im Bereich der Mikrobiologie am Standort Marburg“, erklärt Professor Dr. Frank Bremmer, der Marburger Uni-Vizepräsident für Forschung. „Die Einrichtung des SFB wird Marburgs Stellung als zentraler Ort der mikrobiologischen Forschung festigen und deren internationale Sichtbarkeit weiter erhöhen.“ ...
Erosion in tropischen Küstenregionen führt zum schnellen Tod der Korallen
Die Farbigkeit, Vielfalt und Exotik der tropischen Korallenriffe fasziniert viele Menschen weltweit. Und doch sind es die Folgen unserer Zivilisation, die dieses fragile Ökosystem bedrohen durch Klimaerwärmung, Sauerstoffmangel und Ozeanversauerung. Fortschreitende Industrialisierung, Waldrodungen und intensive Landwirtschaft in küstennahen Gebieten führen zu Erosion und verändern die Lebensbedingungen im Meer dramatisch.
Jetzt ...
Anzeige
Anzeige

23.05.2012 | Energie und Elektrotechnik
Nano-Müll lässt sich nicht verbrennen
23.05.2012 | Ökologie Umwelt- Naturschutz
Nea Kameni volcano movement captured by Envisat
23.05.2012 | Geowissenschaften
Jeder Mensch ist anders - Nutzen der individualisierten Medizin
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
14th Leibniz Conference of advanced science „Sensorsysteme 2012“
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Exklusive Kontakte beim Investforum
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten