Neue Hinweise darauf, wie Fett Kalorien verbrennt

Wenn es um die Bekämpfung von Diabetes und Fettleibigkeit geht, kann man leicht davon ausgehen, dass Fett der Feind ist. Aber es gibt eine Art Fett, das Kalorien verbrennt, Wärme erzeugt und den Blutzuckerspiegel senkt. Jetzt hat eine neue Studie ein Molekül entdeckt, das dabei hilft, die Energieverbrennungsaktivität dieser thermogenen Fettzellen zu regulieren. Das Verständnis der chemischen Reaktionen innerhalb dieser Fettzellen könnte neue Hinweise für die Behandlung von Erkrankungen wie Diabetes und Fettleibigkeit liefern.

Die thermogenen Fettzellen erzeugen Wärme und sind für Babys besonders wichtig, damit sie warm bleiben. Auch Erwachsene und Mäuse haben sie, was für die Untersuchung im Labor hilfreich ist. In den thermogenen Fettzellen laufen winzige Strukturen, sogenannte Mitochondrien, für die wärmeerzeugenden Reaktionen. Forscher wissen, dass ein Enzym namens UCP1 wie ein Tor in der Membran der Mitochondrien wirkt und bei Aktivierung den Protoneneintritt ermöglicht. Der Fluss von Protonen, die durch das UCP1-Enzym strömen, ist die Art und Weise, wie die thermogenen Fettzellen hauptsächlich Wärme erzeugen.

In einer in Science Advances veröffentlichten Studie zeigten die Doktoranden Alek Peterlin und Jordan Johnson in Zusammenarbeit mit dem leitenden Autor Katsu Funai, PhD, einem außerordentlichen Professor in der Abteilung für Ernährung und integrative Physiologie an der University of Utah Health, dass ein Molekül namens Phosphatidylethanolamin (PE ) hilft bei der Steuerung des Ionenflusses durch den UCP1-Kanal. Zunächst zeigten die Forscher, dass die Menge an PE in ihren Zellen zunimmt, wenn Mäuse bei kalten Temperaturen gehalten werden. Wenn sie warm gehalten werden, sinkt der PE-Wert. Sie zeigten auch, dass genetisch veränderte Mäuse, die weniger PE produzierten, keine Wärme mehr erzeugen konnten, obwohl sie über normale Mengen an voll funktionsfähigem UCP1 verfügten. Mit anderen Worten: PE funktioniert wie ein Thermostat für UCP1.

Um herauszufinden, wie PE und UCP1 interagieren, musste Peterlin eine hochspezialisierte Technik namens Patch-Clamping erlernen. Nur wenige Labore auf der Welt verfügen über das richtige Fachwissen und die Spezialausrüstung, um diese Analyse an Mitochondrien durchzuführen. Glücklicherweise war einer von ihnen an der University of Utah.

„Sie benötigen ein High-Tech-Mikroskop und einen Elektrodenaufbau“, sagt Peterlin. „Da ist viel Elektronik und viel Geschick gefragt.“ Peterlin arbeitete eng mit Enrique Balderas, PhD, einem Forschungswissenschaftler im Labor von Dipayan Chaudhuri, MD, PhD, am Nora Eccles Harrison Cardiocular Research and Training Institute zusammen. Die beiden verbrachten lange Zeit damit, das Protokoll zu perfektionieren, bis sie konsistente Daten sammeln konnten.

Kurz gesagt funktioniert die Technik so. Da Mitochondrien eine Doppelmembran haben und UCP1 in der inneren Membran enthalten ist, musste Peterlin zunächst die Mitochondrien aus den Zellen extrahieren und die äußere Membran entfernen. Dann befestigte er eine Pipette mit einer Elektrode an der inneren Membran. „Die Spitze der Pipette verschmilzt mit der inneren Mitochondrienmembran und gelangt so in den inneren Teil, die sogenannte Matrix“, erklärt er. „Wenn elektrischer Strom angelegt wird, misst es, wie viele Protonen in die Matrix eindringen.“ Dies bietet eine wertvolle direkte Messung der UCP1-Aktivität.

Das Verständnis der Rolle von PE bei der Regulierung der UCP1-Aktivität könnte eines Tages dazu beitragen, Tests oder sogar Gesundheitsinterventionen für Menschen mit Fettleibigkeit oder Diabetes zu entwickeln. „Wenn wir in der Lage wären, eine Biopsie von [jemandem] braunem Fettgewebe zu entnehmen und die Lipidzusammensetzung der Mitochondrienmembranen zu untersuchen, hätten wir einen Hinweis darauf, wie aktiv UCP1 sein könnte“, sagt Peterlin. „Es ist interessant, weil es etwas ist, das geändert werden kann, nicht unbedingt durch genetische Eingriffe, sondern nur durch Änderungen im Lebensstil.“

– Caroline Seydel von der University of Utah Health