Medizin am Abend Berlin - MaAB-Fazit: Aufnahmestopp für Insulin – die Rolle der Blutgefäße bei der Insulinresistenz
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Damit Insulin seine Wirkung ausüben und Glukose aus dem Blut in die
Muskelzellen transportiert werden kann, muss das Hormon zunächst das
Endothel durchqueren, die Zellschicht, die die Blutgefäße von innen
auskleidet.
Wissenschaftler vom Deutschen Krebsforschungszentrum und vom
Universitätsklinikum Heidelberg und der Universitätsmedizin Mannheim
haben jetzt festgestellt, dass bei übergewichtigen Mäusen ein Signalweg
angekurbelt ist, der diesen Schritt verhindert und so die
Insulinresistenz fördert.
Mit diesem Ergebnis tragen die Forscher
entscheidend dazu bei, das metabolische Syndrom und das Entstehen von
Diabetes besser zu verstehen.
Als eine der Hauptursachen für
Diabetes mellitus Typ 2 gilt heute
die Insulinresistenz.
Das
Bauchspeicheldrüsenhormon Insulin hat unter
anderem die Aufgabe, die Aufnahme von Glukose aus der Blutbahn in die
Muskelzellen zu ermöglichen.
- So werden die Zellen mit dem wichtigen
Energielieferanten versorgt, gleichzeitig sinkt der Blutzuckergehalt.
- Ist das Gewebe nicht in der Lage, ausreichend auf Insulin zu reagieren
und Zucker aufzunehmen, spricht man von einer Insulinresistenz – einer
Vorstufe von Diabetes.
- Hält dieser Zustand an, beginnt die
Bauchspeicheldrüse immer mehr Insulin zu produzieren – trotzdem steigt
der Blutzuckerspiegel immer weiter.
- Kommt die Drüse an ihre
Leistungsgrenze, führt dies zu einem relativen Insulinmangel. Ganz
besonders gefährdet sind hier stark übergewichtige Menschen.
Die exakten Mechanismen, die hinter dieser Insulinresistenz stecken,
sind jedoch noch nicht endgültig geklärt. Jetzt haben Wissenschaftler
vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) sowie des
Universitätsklinikums Heidelberg und der Universitätsmedizin Mannheim
herausgefunden,
dass das Endothel, also die Zellschicht, die die
Blutgefäße von innen auskleidet, dabei eine wichtige Rolle spielen
könnte. „Das liegt eigentlich nahe, denn diese Schicht gilt es zu
durchqueren, wenn das Insulin vom Blut zur Muskelzelle transportiert
wird“, sagt Andreas Fischer, der am DKFZ und der Medizinischen Fakultät
Mannheim der Universität Heidelberg forscht und am Universitätsklinikum
Heidelberg als Arzt tätig ist.
Fischer untersucht mit seinem Team
die Signalwege, die den Transport von
Nährstoffen, Hormonen sowie Immun- und Krebszellen über die Gefäßwände
steuern.
Ganz besonders hat er dabei den so genannten
Notch-Signalweg im
Visier. Endothelzellen kurbeln diesen molekularen Kommunikationsweg an,
damit Fettsäuren durch die Zellschicht gelangen können. Nun hat Fischer
bei Mäusen untersucht,
was bei einem übermäßigen Angebot an Fettsäuren
passiert, also etwa bei chronischer Fettleibigkeit.
Der
Notch-Signalweg ist bei übergewichtigen Nagern
aktiver als bei
normalgewichtigen Artgenossen, wie die Forscher herausfanden.
Zudem
weisen die dicken Mäuse
verringerte Sensibilität gegenüber Insulin sowie
einen erhöhten Blutzuckerspiegel auf.
Um zu prüfen, ob Notch hier wirklich eine entscheidende Rolle spielt,
untersuchte das Team um Fischer speziell gezüchtete Mäuse,
bei denen der
Notch-Signalweg dauerhaft aktiv ist. Und tatsächlich:
Selbst bei jungen
schlanken und vermeintlich gesunden Tieren stellten die Wissenschaftler
bereits eine Insulinresistenz und erhöhte Blutzuckerspiegel fest.
Blockierten die Forscher dagegen Notch, kam es selbst bei Tieren, die
extrem fettreiches Futter bekamen, nicht zur Insulinresistenz.
Darüber hinaus erkannten die Wissenschaftler,
dass die Notch-Aktivierung
verhindert, dass sich im Endothel so genannte Caveolae bilden.
- Dabei
handelt es sich um winzige sackförmige Einbuchtungen in der Zellmembran,
die unter anderem dafür zuständig sind, Insulinmoleküle durch die
Zellmembran zu transportieren.
„Demnach kontrolliert der Notch-Signalweg direkt den Insulin-Transport
durch die Gefäßwand und eine dauerhafte Aktivierung führt zur
Insulinresistenz“, fasst Fischer zusammen.
Diese Erkenntnis trägt
entscheidend dazu bei,
das metabolische Syndrom besser zu verstehen –
und Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie
Übergewicht und kalorienreiche
Ernährung zu Diabetes Typ 2 führen.
Notch bei Betroffenen einfach auszuschalten und so die Insulinaufnahme
wieder anzukurbeln, ist jedoch keine Option.
Wie der DKFZ-Forscher
bereits früher festgestellt hat, ist der Notch-Signalweg verantwortlich
dafür, dass Fettsäuren in die Herzmuskelzellen gelangen.
Fettsäuren sind
die Hauptenergiequelle des Herzens.
Eine Notch-Blockade kann daher eine
Herzinsuffizienz bewirken.
„Wir gehen davon aus, dass Notch eine Art Schalter ist, und sich der
aktive und der inaktive Zustand des Signalwegs unter normalen
physiologischen Umständen in einem gesunden Organismus die Waage
halten“, so Fischer. Jetzt geht es darum, herauszufinden, was dieses
Gleichgewicht bei Übergewichtigen stört.
Hasan, SS, Jabs M, Taylor J, Wiedmann L, Leibing, T, Nordström V,
Federico G, Roma LP, Carlein C, Wolff G, Ekim-Üstünel B, Brune M, Moll
I, Tetzlaff F, Gröne HJ, Fleming T, Cyrill Géraud C, Herzig S, PP,
Fischer, A: Endothelial Notch signaling controls insulin transport in
muscle.
EMBO Molecular Medicine 2020, DOI: 10.15252/emmm.201809271
Das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) ist mit mehr als 3.000
Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte biomedizinische
Forschungseinrichtung in Deutschland. Über 1.300 Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler erforschen im DKFZ, wie Krebs entsteht, erfassen
Krebsrisikofaktoren und suchen nach neuen Strategien, die verhindern,
dass Menschen an Krebs erkranken. Sie entwickeln neue Methoden, mit
denen Tumoren präziser diagnostiziert und Krebspatienten erfolgreicher
behandelt werden können.
Beim Krebsinformationsdienst (KID) des DKFZ erhalten Betroffene,
interessierte Bürger und Fachkreise individuelle Antworten auf alle
Fragen zum Thema Krebs.
Gemeinsam mit Partnern aus den Universitätskliniken betreibt das DKFZ
das Nationale Centrum für Tumorerkrankungen (NCT) an den Standorten
Heidelberg und Dresden, in Heidelberg außerdem das
Hopp-Kindertumorzentrum KiTZ. Im Deutschen Konsortium für Translationale
Krebsforschung (DKTK), einem der sechs Deutschen Zentren für
Gesundheitsforschung, unterhält das DKFZ Translationszentren an sieben
universitären Partnerstandorten. Die Verbindung von exzellenter
Hochschulmedizin mit der hochkarätigen Forschung eines
Helmholtz-Zentrums an den NCT- und den DKTK-Standorten ist ein wichtiger
Beitrag, um vielversprechende Ansätze aus der Krebsforschung in die
Klinik zu übertragen und so die Chancen von Krebspatienten zu
verbessern.
Das DKFZ wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und
Forschung und zu 10 Prozent vom Land Baden-Württemberg finanziert und
ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren.
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Originalpublikation:
Hasan, SS, Jabs M, Taylor J,
Wiedmann L, Leibing, T, Nordström V, Federico G, Roma LP, Carlein C,
Wolff G, Ekim-Üstünel B, Brune M, Moll I, Tetzlaff F, Gröne HJ, Fleming
T, Cyrill Géraud C, Herzig S, PP, Fischer, A: Endothelial Notch
signaling controls insulin transport in muscle.
EMBO Molecular Medicine 2020, DOI: 10.15252/emmm.201809271
