Fit für die Kälte: Jahreszeitliche Veränderung von Membranfettsäuren

Die neuesten Forschungsergebnisse von Walter Arnold und seinem Team von der Vetmeduni Vienna zeigen, dass sich die Konzentration ungesättigter Fettsäuren in den Organen zu einem Gutteil unabhängig von ihrer direkten Aufnahme durch die Nahrung verändern kann. Die Ergebnisse wurden diese Woche in PLoS ONE veröffentlicht.

Zellmembranen bestehen aus einer Doppelschicht von Phospholipiden. Sie enthalten auch mehrfach ungesättigte, essentielle Fettsäuren, die mit der Nahrung aufgenommen werden müssen. Mehrfach ungesättigte Fettsäuren spielen bei verschiedensten Krankheitsgeschehen eine wichtige Rolle, ebenso bei der Anpassung an Veränderungen der Körpertemperatur. Bisher nahm man an, dass Säugetiere die Anteile verschiedener Fettsäuren in ihren Zellmembranen nicht ändern können, außer durch Veränderung ihrer Nahrungsgewohnheiten. Zudem waren bei Säugern kaum temperaturbedingte Veränderungen zu erwarten, da sie doch, im Gegensatz zu Fischen oder Reptilien, eine hohe, kaum schwankende Körpertemperatur haben.

Membrananpassungen

Arnold und sein Team vom Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie der Veterinärmedizinischen Universität Wien untersuchten Änderungen in der Fettsäurezusammensetzung von Zellmembranen in einem außergewöhnlichen Modellorganismus, an frei lebenden Alpenmurmeltieren. Diese extremen Winterschläfer senken ihre Körpertemperatur während des sechs- bis siebenmonatigen Winterschlafes die meiste Zeit bis knapp über die Umgebungstemperatur ab. Sogar während der kurzen, regelmäßigen Unterbrechungen des Winterschlafs bleibt die Körpertemperatur der Murmeltiere einige Grad unter dem Sommerniveau. Zur Überraschung der Forscher stellte sich heraus, dass der Gehalt an sogenannten Omega-6 ungesättigten Fettsäuren (das sind solche, die, vom Ende der Kette her gezählt, die erste chemische Doppelbindung am sechsten Kohlenstoffatom haben) in den Zellmembranen innerer Organe vor dem Beginn des Winterschlafs dramatisch anstieg. Offenbar wird so der Körper, und besonders das Herz, in die Lage versetzt, auch bei sehr niedriger Temperatur noch einwandfrei zu funktionieren. Zu dieser Interpretation passt auch, dass die Anreicherung von Omega-6 Fettsäuren in den Zellmembranen sehr schnell passiert, nämlich innerhalb weniger Tage, bevor sich die Tiere in ihre Winterschlafbaue zurückziehen. Am Ende der Winterschlafperiode im Frühling, ehe die Tiere wieder zu ihrer „normalen“ Betriebstemperatur zurückkehren, verändert sich die Membranzusammensetzung ähnlich rasch wieder in die Gegenrichtung.

Unvermutete Transportwege

Diese neuen und unerwarteten Ergebnisse zeigen, dass Säugetiere die Zusammensetzung ihrer Zellmembranen schneller und deutlicher ändern können als bisher bekannt war. Doch es gibt noch weitere Überraschungen aus den Analysen von Arnolds Team. Während des Winterschlafes nehmen Murmeltiere keine Nahrung zu sich, und auch nach dessen Ende finden sie solange kein Futter, bis die noch mächtige Schneedecke geschmolzen ist. Deshalb können die Fettsäuren, die während dieser Zeit in Zellmembranen eingebaut werden, nur aus dem Speicherfett kommen. Dass sie in den Organen in viel höherer Konzentration angereichert werden, spricht für einen selektiven Transport der Omega-6 Fettsäuren vom weißen Fett in die Organe, mit einem bisher noch unbekannten Mechanismus. Und weil Murmeltiere tief unter der Erde Winterschlaf halten, isoliert von äußeren Signalen wie beispielsweise der Tageslänge, sind diese Veränderungen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer inneren Jahresuhr gesteuert.

Mögliche Konsequenzen für die Medizin

Es ist unwahrscheinlich, dass diese Mechanismen nur bei Winterschläfern zu finden sind. Alle Säugetiere, Menschen eingeschlossen, reduzieren ihre Körpertemperatur im Winter in gewissem Ausmaß, deshalb könnten diese Forschungsergebnisse auch für uns relevant sein. Walter Arnold dazu: „Unsere Ergebnisse von Murmeltieren könnten unser derzeitiges Verständnis des Fettstoffwechsels völlig umkrempeln. Die Auffassung, nur die Zusammensetzung unserer Nahrung hätte Einfluss auf die Zusammensetzung unserer Zellmembranen, ist nicht mehr haltbar“. Die potentielle Bedeutung der Ergebnisse dieser Studie für die Humanmedizin illustriert Arnold mit dem Hinweis auf die bekannte Zunahme des plötzlichen Herztodes in den späten Wintermonaten. Das Risiko, daran zu sterben, steigt mit dem Verhältnis von Omega-6 zu Omega-3 Fettsäuren in den Herzmembranen. Könnte das evolutionäre Erbe einer saisonalen Anreicherung von Omega-6 ungesättigten Fettsäuren im Herzmuskel für die spätwinterliche Häufung des plötzlichen Herztodes verantwortlich sein?

Der Artikel Diet-independent Remodeling of Cellular Membranes Precedes Seasonally Changing Body Temperature in a Hibernator von Walter Arnold, Thomas Ruf, Fredy Frey-Roos and Ute Bruns wurde in der Online-Zeitschrift PLoS One veröffentlicht und steht unter http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0018641 zum Download bereit.

Rückfragehinweis
Prof. Walter Arnold, E walter.arnold@fiwi.at, T +43 1 4890915-100
Aussender
Klaus Wassermann, E klaus.wassermann@vetmeduni.ac.at, T +43 1 25077-1153