Unser Fettstoffwechsel ist zur Energiegewinnung für unseren Körper bekanntlich ebenfalls überlebensnotwendig.
Ein Forschungsteam der Universität Basel hat jetzt einen molekularen Schalter entdeckt, der diesen Fettstoffwechsel in unseren Zellen reguliert. Er steuert nämlich die Speicherung bzw. Umwandlung der Fette in Energie.
Wie genau geht das?
Wir nehmen Energie über die allseits bekannten verschiedenen Bestandteile unserer Nahrung auf (siehe Foto oben). Unser Körper verwendet diese zugeführte Energie teilweise direkt oder er speichert sie an.
Während z.B. die Glucose als allseits bekannter schneller Energielieferant unserem Körper direkt zur Verfügung steht, werden die Fette als Energievorrat angelegt.
Unsere Zellen speichern diese sogenannten Lipide in Form von kleinen Tröpfchen.
Sobald der Körper sowohl in Ruhe im Grundumsatz und in zusätzlicher Bewegung auf diesen Energievorrat zugreifen muss, werden diese Lipide zu den Mitochondrien, den bekannten Energiekraftwerken der Zelle, transportiert. Hier werden die Lipide in das Molekül ATP (Adenosintriphosphat) umgewandelt, das der Zelle als Energieträger bereitsteht.
Aber wieviel Energie benötigt unser Körper aus seinem Energievorrat?
Wie viele Lipide sollen jeweils in das ATP umgewandelt werden?
Wann muss dieser Umwandlungsprozess gestartet und wann muss er beendet werden?
Die Forschungsgruppe von Prof. Dr. Anne Spang vom Biozentrum der Universität Basel hat mit ihrem Team diesen Fettstoffwechselprozess in Hefezellen und menschlichen Zellen nun genauer untersucht. Dabei haben sie herausgefunden, dass das Protein Arf1 wie ein molekularer Schalter diese Vorgänge reguliert.
Die Ergebnisse dieser Erforschung sind in «Nature Cell Biology» publiziert.
«Für uns war Arf1 ein alter Bekannter. Wir wussten bereits, dass er einige Funktionen beim Golgi-Apparat, der Sortierstation in der Zelle, übernimmt. Nun haben wir entdeckt, dass Arf1 auch den Energiestoffwechsel in den Mitochondrien steuert», erklärt Dr. Ludovic Enkler, Erstautor der Studie.
«Arf1 sorgt dafür, dass die Lipide, von den Lipidtröpfchen in die Mitochondrien transportiert werden.»
Die Forschenden nehmen an, dass das Protein Arf1 die Umgebung an der Kontaktstelle zwischen den Lipidtröpfchen und den Mitochondrien so verändert, dass die Lipide schliesslich in die Mitochondrien gelangen können.
Sobald der Körper signalisiert, dass er Energie benötigt, lässt Arf1 die Lipide in die Mitochondrien gelangen. Ist der Energiebedarf daraufhin gedeckt, wird der Transport wieder gestoppt. «Das System funktioniert also nur, wenn die Rückkopplung des Energiebedarfs funktioniert», so Forscher Enkler.
«Wenn das Arf1 Protein allerdings abwesend oder aber wenn es überaktiv ist, gerät das ganze System aus dem Gleichgewicht», erklärt Prof. Spang.
«In beiden Fällen funktioniert die Rückkopplung zwischen Bedarf und Produktion nicht und es kann keine Energie in Form von ATP bereitgestellt werden. Infolgedessen kommt es zu einer Anreicherung von Fettsäuren in den Lipidtröpfchen.»
Wie sensibel und hochkomplex der Fettstoffwechsel ist, zeigt sich am Bespiel verschiedener Fettstoffwechselstörungen.
Denn, bereits kleinste Fehler in unserem Fettstoffwechsel können unerwünscht zu hohe Cholesterinwerte (Blutfettwerte) nach sich ziehen und damit das Risiko für Herz-Kreislauferkrankungen markant erhöhen oder die weit verbreiteten Krankheiten wie Fettleibigkeit oder Diabetes I und II auslösen.
Mit Hilfe neuer Techniken – wie die der räumlich aufgelösten Proteomik – mit der man alle Proteine an zellulären Strukturen untersuchen kann, wollen die Forschenden nun in einem nächsten Schritt versuchen, einzelne Akteure im Rückkopplungsprozess mit dem Arf1 Protein in den Zellen zu bestimmen.
Ihr Ziel ist es, den Transport der Lipide an den Kontaktstellen zwischen Lipidtröpfchen und Mitochondrien im Detail zu entschlüsseln.
Quelle: Ludovic Enkler, Viktoria Szentgyörgyi, Mirjam Pennauer, Cristina Prescianotto-Baschong, Isabelle Riezman, Aneta Wiesyk, Reut Ester Avraham, Martin Spiess, Einat Zalckvar, Roza Kucharczyk, Howard Riezman, and Anne Spang:
Arf1 coordinates fatty acid metabolism and mitochondrial homeostasis.
Nature Cell Biology (2023), doi: 10.1038/s41556-023-01180-2
Foto: https://mvl-wei.de/
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