Ein Muskelprotein bei der Arbeit im braunen Fettgewebe

Das braune Fettgewebe ist ein metabolisch aktives Organ, das Energie aus Fett in Wärme umwandelt. Die Wärmeproduktion des BAT wird immer dann aktiviert, wenn der Organismus zusätzliche Wärme benötigt, beispielsweise bei Kälteexposition, nach der Geburt, beim Eintritt in einen fiebrigen Zustand oder beim Aufwachen aus dem Winterschlaf. Seine Hauptfunktion ist die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur. Lange Zeit ging man davon aus, dass sich dieses Gewebe mit zunehmendem Alter zurückbildet und mit dem Erreichen des Erwachsenenalters vollständig verloren geht. Diese Ansicht wurde jedoch widerlegt, und die Fähigkeit zur Bildung von braunem Fettgewebe im Erwachsenenalter nachgewiesen.

Die Wiederentdeckung des funktionellen BAT bei Erwachsenen eröffnet neue Perspektiven für die Behandlung von Fettleibigkeit. Denn die Rekrutierung und Aktivierung von BAT führt zu einem erhöhten Energieverbrauch durch Thermogenese (Wärmeentwicklung) und stellt somit einen vielversprechenden therapeutischen Ansatz zur Bekämpfung von Fettleibigkeit und zur Behandlung damit verbundener Krankheiten dar.

Myoglobin: Die Rolle eines Muskelproteins

Die Thermogenese von BAT findet in zahlreichen Mitochondrien statt, den Energielieferanten unserer Zellen. Biochemisch gesehen erfolgt der Energieverbrauch durch die Entkopplung der oxidativen Phosphorylierung von der ATP-Synthese, um die Energie in Form von Wärme abzugehen. Dieser Prozess erfordert einen kontinuierlichen Fluss von Sauerstoff und Lipiden zu den BAT-Mitochondrien. Doch wer übernimmt diese Aufgabe in unserem BAT?

Laut Lehrbüchern ist seit langem bekannt, dass das Muskelprotein Myoglobin in der Herz- und Skelettmuskulatur stark exprimiert ist. Seine Hauptaufgabe: Die Speicherung und Förderung des Sauerstofftransports von der Zellmembran zu den Mitochondrien unter Bedingungen mit hohem Sauerstoffbedarf. In den letzten Jahren wurden dem MB jedoch noch weitere Eigenschaften zugeschrieben. Es gibt beispielsweise Hinweise darauf, dass es eine Rolle bei der Thermogenese im BAT spielt, da das Muskelprotein in diesem Gewebe in hohem Maße exprimiert ist. Forscher:innen unter der Leitung von John Heiker nahmen diese Annahme genauer unter die Lupe und untersuchten, wie MB den BAT-Stoffwechsel und die Thermogenese beeinflusst.

Ein wichtiges Steuerungselement für die Thermogenese

Die Erstautorin Lisa Christen und ihre Kolleg:innen konnten zeigen, dass die starke Expression von MB im BAT nicht nur die mitochondriale Atmung der braunen Fettzellen steuert, sondern auch die Reaktion auf adrenerge Aktivierung, dem wichtigsten Steuerungsmechanismus der Thermogenese. In Übereinstimmung mit diesen Erkenntnissen stellten sie fest, dass ein Ganzkörper-Knockout von MB in vivo die Thermoregulation und die Aktivierung des BATs bei Mäusen beeinträchtigt.

In einem zweiten Schritt untersuchte das Team, wie MB im BAT wirkt, basierend auf jüngsten Berichten über die grundlegende Eigenschaft von MB, Lipide und andere Metaboliten zu binden. Den Forscher:innen gelang der erstmalige Nachweis, dass die Interaktion von MB mit Lipiden für die Verbesserung der Stoffwechselaktivität in braunen Fettzellen von grundlegender Bedeutung ist. Die Analyse der MB-Expression in weißen Fettgewebeproben von Patient:innen aus der Leipziger Adipositas-Biobank (LOBB), die von HI-MAG Direktor Matthias Blüher geleitet wird, ergab außerdem, dass MB ein geeigneter Marker für thermogene Adipozyten beim Menschen ist.

„Auf der Grundlage unserer und weiterer neuerer Arbeiten ist es vielleicht an der Zeit, das Wissen über dieses klassische Muskelprotein zu erweitern und die Lehrbücher neu zu schreiben“, so Juliane Weiner, Co-Letztautorin der Studie.

Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse zum ersten Mal die funktionelle Bedeutung der Lipidbindungs-Eigenschaften von Myoglobin und etablieren MB als ein wichtiges regulatorisches Element der thermogenen Kapazität in braunen Adipozyten. Diese Erkenntnisse sind von zentraler Bedeutung, da nur mit einem guten Verständnis der molekularen Mechanismen, welche die Funktion vom BAT steuern, geeignete Therapien gegen Fettleibigkeit und damit verbundene Krankheiten entwickelt werden können.

_{Informationen zur Förderung}

_{Diese Studie wurde mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft SFB1052 "Mechanismen der Adipositas" (B1 an M.B., B4 an N.K und C7 an J.T.H) sowie mit Mitteln des Freistaates Sachsen und von Helmholtz Munich gefördert.}