Medizin am Abend Berlin Fazit: Arbeiten zur Fettzellbiologie
Fettzellen liefern nicht nur Körperwärme und Energie, sondern können auch krank machen.
Der Nachwuchspreisträger Prof. Tim Schulz erforscht, wie verschiedene Fettzell-Typen entstehen, wie sie wirken und wie sich diese Wirkung in Richtung einer besseren Gesundheit steuern lässt – vor allem im Alter.
Professor Dr. Tim J. Schulz vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung (DIfE) Potsdam-Rehbrücke erhielt den mit 60.000 Euro dotierten Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Nachwuchspreis 2018 in der Frankfurter Paulskirche.
Der Biochemiker wird für seine medizinisch und ernährungsphysiologisch relevante Grundlagenforschung zur Entstehung und Wirkung von weißem und braunem Fett ausgezeichnet.
Schulz hat gezeigt, wie Stammzellen weißes und braunes Fett hervorbringen, unter welchen Bedingungen sie dies tun und wie weißes Fett der Knochengesundheit im Alter schadet.
- Schulz hat zudem ermittelt, dass eine bei der Behandlung von Diabetes oft genutzte Wirkstoffklasse die schädliche Wirkung des weißen Fetts im Knochen reduziert.
Fett ist nicht gleich Fett. Das gilt auch für die Polster des Körpers. Braunes Fett erzeugt Wärme und schützt vor Auskühlung. Weißes Fett speichert die ungenutzte Energie aus der Nahrung und wird bei kalorienreicher Ernährung kaum angetastet. Ein Zuviel an weißem Fett belastet den Körper in der Regel mehr als es ihm dient.
Im Alter wird zudem auch mehr weißes Fett in den Organen und Knochen abgelagert, nicht nur im Unterhautgewebe. Diese Verfettung trägt vermutlich erheblich zur Entstehung vieler im Alter gehäuft auftretender Erkrankungen wie Diabetes, Fettleber oder schlechter Knochenheilung bei.
Wie alle Zellen des Körpers gehen auch braune und weiße Fettzellen aus Stammzellen hervor. Braunes Fett entsteht allerdings nur aus einigen wenigen, eigens dafür vorgesehenen braunen Fett-Stammzellen. Früher dachte man, dass nur Neugeborene diese kostbare Ressource besitzen. Das ist aber nicht der Fall. Erwachsene haben vor allem am Oberkörper braunes Fett, und zwar entlang der Schulterblätter, in den tiefen Halsregionen, an den großen Blutgefäßen und entlang der Wirbelsäule. Schulz hat die Entstehung von braunen Fettzellen aus Stammzellen untersucht und gezeigt, dass man die Synthese über einen speziellen Botenstoff steuern kann. Dies passt zu dem bekannten Konzept, Übergewicht durch mehr braunes Fett bekämpfen zu wollen. Statt die unnötigen Kalorien in den weißen Fettdepots zu lagern, würden sie in den braunen Fettdepots in Wärme umgewandelt werden. Braunes Fett wäre dann ein Schlankmacher. Schulz konnte auch zeigen, dass die braunen Fett-Stammzellen altern und dabei ihre Fähigkeit verlieren, mehr braunes Fett zu bilden. Er hat relevante Aspekte und Zielmoleküle dieses Alterungsprozesses identifiziert und hofft, dass einige davon therapeutisch nutzbar sind.
Weitreichend sind auch seine Ergebnisse zur Rolle von weißem Fett im Knochen. Schulz hat nachgewiesen, dass die Stammzellen des Knochens mit fortschreitendem Alter und bei fettreicher Kost kein Knochengewebe mehr hervorbringen, sondern weißes Fett. Dieses Fett schadet den Knochen nicht nur durch seine Präsenz, sondern auch durch die Bildung eines hormonabbauenden Enzyms, das es den Stammzellen noch schwerer macht, Knochengewebe zu produzieren.
Dies und der Umstand, dass weißes Fett auch den blutbildenden Stammzellen des Knochenmarks schadet, könnte der Grund für die schlechte Knochenheilung im Alter sein. Schulz konnte zudem zeigen, dass eine bei der Diabetes-Therapie weit verbreitete Wirkstoffklasse das Enzym hemmt, das von dem weißen Fett in den Knochen gebildet wird. Bei dieser Wirkstoffklasse handelt es sich um die sogenannten Gliptine. Ob Sie neben ihrer Wirkung beim Diabetes auch die Knochengesundheit im Alter verbessern können, muss allerdings erst noch in klinischen Studien gezeigt werden. Schulz beschäftigt sich derzeit auch damit, wie die Zusammensetzung der Nahrung die Stammzellen des Knochens beeinflusst und ob gewisse Ernährungsformen über die Stammzellen auch die Knochenheilung voranbringen können.
Kurzbiographie Professor Dr. Tim Julius Schulz
Tim J. Schulz (39) wurde 1979 in Northeim geboren und studierte Biochemie an der Universität Potsdam. 2007 promovierte er bei Professor Michael Ristow an der Friedrich-Schiller-Universität in Jena. Für seine Dissertation erhielt er den Promotionspreis der Biologisch-Pharmazeutischen Fakultät. Nach seiner Promotion verbrachte Schulz fünf Jahre am Joslin Diabetes Center in Boston, das zur Harvard Medical School gehört. Dort arbeitete er mit Frau Professor Yu-Hua Tseng vom Department of Integrative Physiology and Metabolism zusammen. Von 2012 bis 2016 leitete Schulz die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte Emmy Noether-Nachwuchsgruppe "Fettzell-Entwicklung" am Deutschen Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE). Seit 2016 ist Schulz Leiter der Abteilung "Fettzell-Entwicklung und Ernährung" am DIfE, einem Partner des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD). Gleichzeitig wurde Schulz auch zum W2-Professor an der Universität Potsdam berufen. 2013 wurde ihm ein Starting Grant des European Research Council (ERC) in Höhe von 1.5 Millionen Euro zugesprochen.
Der Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Nachwuchspreis
Der 2006 erstmals vergebene Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Nachwuchspreis wird von der Paul Ehrlich-Stiftung einmal jährlich an einen in Deutschland tätigen Nachwuchswissenschaftler oder eine in Deutschland tätige Nachwuchswissenschaftlerin verliehen, und zwar für herausragende Leistungen in der biomedizinischen Forschung. Das Preisgeld von 60.000 € muss forschungsbezogen verwendet werden. Vorschlagsberechtigt sind Hochschullehrer und Hochschullehrerinnen sowie leitende Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen an deutschen Forschungseinrichtungen. Die Auswahl der Preisträger erfolgt durch den Stiftungsrat auf Vorschlag einer achtköpfigen Auswahlkommission.
Die Paul Ehrlich-Stiftung
Die Paul Ehrlich-Stiftung ist eine rechtlich unselbstständige Stiftung, die treuhänderisch von der Vereinigung von Freunden und Förderern der Goethe-Universität verwaltet wird. Ehrenpräsident der 1929 von Hedwig Ehrlich eingerichteten Stiftung ist Professor Dr. Peter Strohschneider, Präsident der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der auch die gewählten Mitglieder des Stiftungsrates und des Kuratoriums beruft. Vorsitzender des Stiftungsrates der Paul Ehrlich-Stiftung ist Professor Dr. Thomas Boehm, Direktor am Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik in Freiburg, Vorsitzender des Kuratoriums ist Professor Dr. Jochen Maas, Geschäftsführer Forschung & Entwicklung, Sanofi-Aventis Deutschland GmbH. Prof. Dr. Wilhelm Bender ist in seiner Funktion als Vorsitzender der Vereinigung von Freunden und Förderern der Goethe-Universität zugleich Mitglied des Stiftungsrates der Paul Ehrlich-Stiftung. Die Präsidentin der Goethe-Universität ist in dieser Funktion zugleich Mitglied des Kuratoriums.
Hintergrundinformation zur Verleihung des Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Nachwuchspreises 2018 an Professor Dr. Tim J. Schulz
Schützt braunes Fett vor Krankheit? – Lektionen aus der Fettzell-Forschung
Der diesjährige Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Nachwuchspreisträger Professor Dr. Tim J. Schulz prüft den Einfluss verschiedener Fettzelltypen auf die Entstehung von Stoffwechselerkrankungen und hat eine mögliche Therapieoption für den schädlichen Einfluss von weißem Fett auf die Knochenheilung entdeckt.
Fett ist nicht gleich Fett, weder dem Aussehen nach, noch den Aufgaben nach. Braunes Fett ist nützlich, weil es nur Wärme erzeugt, weißes Fett ist als weitgehend ungenutzte Energiereserve eher schädlich. Schulz untersucht, wie beide Typen von Fettgewebe aus Stammzellen hervorgehen, ob eine Vermehrung von braunem Fett therapeutisch sinnvoll und möglich ist und welche Rolle beide Sorten bei den im Alter gehäuft auftretenden Stoffwechselstörungen wie Übergewicht, Diabetes und schlechter Knochenheilung spielen. Dabei hat er auch mögliche Behandlungsansätze im Blick und prüft, welchen Einfluss die Zusammensetzung der Nahrung auf das Schicksal der Fettstammzellen hat. Schulz ist Abteilungsleiter am Deutschen Institut für Ernährungsforschung (DIfE) Potsdam-Rehbrücke in Potsdam, einem Partner des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD).
Der Nachwuchspreisträger begann seine Karriere nicht mit der Erforschung der Fettzellen, sondern mit der Erforschung der Mitochondrien, den Kraftwerken der Zelle. Er untersuchte, welche Rolle der dort angesiedelte Energiestoffwechsel bei der Alterung und bei verschiedenen Erkrankungen spielt. Weil Mitochondrien für die Funktion von braunem und weißem Fett erforderlich sind und im Alter mehr weißes statt braunes Fett gebildet wird, lag es nahe, nach Querverbindungen zwischen dem Energiestoffwechsel, der Alterung und den verschiedenen Fettzelltypen zu suchen.
Mitochondrien gehören zur Grundausstattung der Zelle, weil dort aus Zucker oder Fett Energieäquivalente für den zellulären Bau- und Betriebsstoffwechsel produziert werden. Dabei fallen reaktive Sauerstoffverbindungen an. Diese Verbindungen können allerlei Schaden anrichten, weshalb sich die Zelle vor diesen Verbindungen hüten muss. Schulz hat in seinen frühen Arbeiten vor allem Zweierlei gezeigt. Zum einen, dass ein Protein mit dem Namen Frataxin den Zellen hilft, sich vor den Schäden durch die reaktiven Sauerstoffverbindungen zu schützen und dass die reaktiven Sauerstoffverbindungen in geringer Dosierung den gegen sie gerichteten Schutzmechanismus in Gang setzen. Gering konzentriert, fungieren sie also wie ein Botenstoff. Bei den reaktiven Sauerstoffverbindungen macht die Dosis das Gift. Zu den bemerkenswertesten Erkenntnissen von Schulz und seinem Doktorvater Professor Michael Ristow, der heute an der ETH Zürich forscht, gehört zudem, dass die als Nahrungsergänzungsmittel eingenommenen Antioxidantien wie Vitamin C, die reaktiven Sauerstoffverbindungen daran hindern, den Schutzmechanismus in Gang zu setzen. Die Zellen stehen dann ohne Fürsorge da, was den vermuteten Nutzen einer erhöhten Zufuhr in Form von Nahrungsergänzungsmitteln für Gesunde zumindest in Zweifel zieht.
Gutes Fett, schlechtes Fett
Während seiner Zeit am Joslin Diabetes Center in Boston hat Tim J. Schulz erstmals mit weißen und braunen Fettzellen gearbeitet. Die renommierte Einrichtung gehört zur Harvard Medical School. Damals waren gerade mehrere Veröffentlichungen erschienen, die eindeutig belegten, worüber schon lange spekuliert worden war, nämlich dass auch Erwachsene braunes Fett haben. Früher dachte man, dass nur Neugeborene über diese kostbare Ressource verfügen und dass sie mit dem Heranwachsen verloren geht. Erwachsene haben vor allem am Oberkörper braunes Fett, und zwar entlang der Schulterblätter, in den tiefen Halsregionen, an den großen Blutgefäßen und entlang der Wirbelsäule.
Warum ist braunes Fett wertvoller als weißes Fett? Braunes Fett erzeugt Wärme. Es schützt den Körper vor Auskühlung und wenn es entsprechende Signale erhält, sogar pausenlos. Menschen, die in kalten Regionen der Erde leben, haben deshalb mehr braunes Fett als Menschen in warmen Regionen. Seine Farbe bezieht das braune Fett von den vielen eisenhaltigen Mitochondrien und der guten Durchblutung. Weißes Fett speichert dagegen nur die ungenutzte Energie aus der Nahrung und dient als Energiereserve, die aber bei einer hochkalorischen Ernährung nur selten abgerufen wird. Weiße Fettdepots sind vor allem auch dann ein Problem, wenn sie sich um die Organe herum oder im Knochen angesiedelt haben.
Schulz knüpfte am Joslin Diabetes Center an eine Beobachtung seiner damaligen Mentorin, Frau Professor Yu-Hua Tseng, an. Diese hatte gezeigt, dass die primären Fettstammzellen nur weißes Fett hervorbringen, wenn sie keine anderen Signale erhalten. Braunes Fett entsteht aus wenigen, eigens dafür vorgesehenen braunen Fettstammzellen. Allerdings können auch die primären Fettstammzellen braunes Fett erzeugen, wenn sie entsprechend instruiert werden, und zwar über den Botenstoff BMP-7. Schulz hat diesen Prozess genauer untersucht und gezeigt, dass man die Synthese von braunem Fett aus primären Fettstammzellen über BMP-7 steuern kann. Wenn kein braunes Fett mehr aus den eigens dafür vorgesehenen Stammzellen gebildet wird, kann allerdings auch weißes Fett braun werden, indem nachträglich mehr Mitochondrien einlagert werden. Diese Ergebnisse legen nahe, dass sich die Energiebilanz vielleicht durch mehr braunes Fett beeinflussen lässt. Statt die unnötigen Kalorien in den weißen Fettdepots zu lagern, würden sie dann in den braunen Fettdepots in Wärme umgewandelt. Braunes Fett hätte dann das Zeug zum Schlankmacher. Einen wichtigen Hebel für die Synthese von mehr braunem Fett haben Schulz und Tseng mit dem BMP-7 entdeckt.
Weißes Fett schadet der Knochengesundheit
Der Nachwuchspreisträger interessiert sich heute für die Frage, ob und wie der altersbedingte Verlust von braunem Fett zu den in der zweiten Lebenshälfte gehäuft auftretenden Stoffwechselproblemen wie Übergewicht oder Insulinresistenz beiträgt. Mit dem Alter nimmt die Fähigkeit des Körpers ab, nützliches braunes Fett zu bilden. Gleichzeitig wird mehr weißes Fett eingelagert. Schulz untersucht deshalb, was beim Älterwerden mit den verschiedenen Fettstammzellen geschieht. Er konnte zeigen, dass die braunen Fett-Stammzellen tatsächlich altern und ihre Funktion zunehmend einbüßen. Schulz hat relevante Aspekte und Zielmoleküle dieses Alterungsprozesses identifiziert. Er hat auch untersucht, welche Signale die Regenerationsfähigkeit der braunen Fettstammzellen aufrechterhalten. Einige dieser Moleküle können möglicherweise therapeutisch genutzt werden.
Der Nachwuchspreisträger untersucht des Weiteren, welche Auswirkungen überschüssiges Fett im Knochen hat. Er konnte zeigen, dass die Stammzellen des Knochens mit zunehmendem Alter und bei fettreicher Kost weißes Fett statt Knochengewebe produzieren. Diese Fettzellen scheiden ein Enzym aus, das es den Stammzellen noch schwerer macht, Knochengewebe hervorzubringen und das auch den blutbildenden Stammzellen des Knochenmarks zusetzt. Mit der Verfettung der Knochen nimmt also offensichtlich die Regenerationsfähigkeit der Knochen ab, was der Grund für die schlechte Knochenheilung im Alter sein könnte. Die abnehmende Fähigkeit, rote und weiße Blutkörperchen zu bilden, ist zudem auch für die Aufrechterhaltung der Immunabwehr nachteilig. Schulz hat außerdem nachgewiesen, dass eine in der Diabetes-Therapie weit verbreitete Wirkstoffklasse dem von den Fettzellen freigesetzten Enzym entgegenwirkt. Bei diesem Enzym handelt es sich um das Protein Dipeptidyl Peptidase 4 oder kurz DPP4, das indirekt die Wirkung von Insulin mindert. Gehemmt wird DPP4 von den sogenannten Gliptinen. Schulz hegt die Hoffnung, dass diese Medikamente möglicherweise die Knochengesundheit in der zweiten Lebenshälfte verbessern, was allerdings erst noch klinisch geprüft werden müsste. Die Forschung des Nachwuchspreisträgers ist demnach nicht nur ernährungsphysiologisch, sondern auch medizinisch relevant.
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