Forscher der McGill-Universität haben einen bisher unbekannten molekularen Schalter im braunen Fettgewebe entdeckt, der nicht nur den Kalorienverbrennungsprozess auslöst, sondern auch den Fettstoffwechsel direkt mit der Knochengesundheit verknüpft. Die im Fachjournal Nature veröffentlichte Entdeckung könnte den Weg für neue Therapien gegen Übergewicht und schwächende Knochenerkrankungen wie Hypophosphatasie ebnen.
Braunes Fett ist, im Gegensatz zum gewöhnlichen weißen Fettgewebe, der körpereigene Wärmeofen. Es erzeugt Wärme durch das Verbrennen von Kalorien, ein Vorgang den Wissenschaftler als Thermogenese bezeichnen. Jahrelang war bekannt, dass Kälte braunes Fettgewebe aktivieren und die Wärmeproduktion anregen kann, doch der genaue molekulare Mechanismus hinter einem bestimmten wärmeerzeugenden Stoffwechselweg blieb rätselhaft. Die neue McGill-Studie löst dieses langjährige Rätsel, indem sie Glycerin als entscheidendes Aktivierungssignal identifiziert.
Wenn der Körper der Kälte ausgesetzt ist, werden Fettmoleküle im braunen Fettgewebe durch Lipolyse abgebaut. Dabei entsteht als Nebenprodukt Glycerin. Das McGill-Team stellte fest, dass dieses Glycerin nicht einfach als Abfallstoff verschwindet, sondern sich aktiv an eine spezifische Region des Enzyms TNAP bindet — der sogenannten Gewebe-unspezifischen alkalischen Phosphatase. Diese Bindungsregion trägt nun den Namen Glycerin-Tasche. Sobald das Glycerin diese Tasche besetzt, schaltet es das TNAP-Enzym in einen aktiven Zustand und aktiviert damit den alternativen Wärmeproduktionsweg, der Forscher so lange beschäftigt hat.
Der Zusammenhang mit der Knochengesundheit verleiht dieser Entdeckung eine bedeutende neue Dimension. TNAP ist nicht nur am Fettstoffwechsel beteiligt, sondern auch ein wesentliches Enzym für die Knochenmineralisierung — den Vorgang, durch den Knochen durch die Ansammlung von Mineralkristallen hart und belastbar werden. Fehlt TNAP oder ist es durch genetische Mutationen beeinträchtigt, entwickeln Patienten Hypophosphatasie, eine seltene und mitunter schwerwiegende Erkrankung, die durch abnorm weiche Knochen gekennzeichnet ist. Betroffene leiden häufig unter Knochenbrüchen, chronischen Schmerzen und Skelettdeformierungen.
Indem die McGill-Forscher aufzeigten, wie Glycerin das TNAP-Enzym über die Glycerin-Tasche aktiviert, haben sie ein molekulares Ziel identifiziert, das theoretisch mit Arzneimitteln beeinflusst werden kann. Eine Verbindung, die Glycerin nachahmt und TNAP im Knochengewebe dauerhaft aktiv hält, könnte einen neuen therapeutischen Ansatz für Hypophosphatasie-Patienten darstellen, für die derzeit nur sehr wenige Behandlungsmöglichkeiten zur Verfügung stehen. Umgekehrt könnte eine gezielte Steuerung dieses Schalters im braunen Fett neue Wege zur Bekämpfung von Übergewicht durch gesteigerten Kalorienverbrauch eröffnen.
Die Studie ist ein seltenes Beispiel für eine einzelne molekulare Entdeckung, die zwei scheinbar unverwandte Bereiche der Medizin verbindet: Stoffwechselerkrankungen und Skeletterkrankungen. Wissenschaftler weltweit dürften nun auf diesem Befund aufbauen, um zu erforschen, ob andere Enzyme ähnliche glycerinsensitive Taschen aufweisen und ob dieser Mechanismus auch in weiteren Geweben jenseits von braunem Fett und Knochen eine Rolle spielt.
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