Braunes Fett: Wie Zellen Wärme erzeugen und dabei Fett verbrennen

Forschende um DZHK-Wissenschaftler Alexander Bartelt am Klinikum der LMU haben einen neuen Schalter entdeckt, der die Thermogenese in Mitochondrien steuert.

Braune Adipozyten, spezielle Fettzellen, helfen die Körpertemperatur aufrechtzuerhalten und wandeln dafür kalorienreiche Nährstoffe in Wärme um. Das schützt vor Übergewicht und Stoffwechselerkrankungen. Ein internationales Forscher-Team unter Leitung von Professor Alexander Bartelt vom Institut für Prophylaxe und Epidemiologie der Kreislaufkrankheiten (IPEK) hat jetzt einen neuen Mechanismus entschlüsselt, wie die Zellatmung der braunen Fettzellen gesteigert werden kann. Die Forschenden erhoffen sich von dieser Entdeckung neuartige Ansätze, um das braune Fett gegen Stoffwechselerkrankungen einsetzen zu können. Die Ergebnisse wurden kürzlich im The EMBO Journal veröffentlicht.

Braune Adipozyten greifen Fettpolster an

Die Aktivierung der fettverbrennenden Zellen lässt die Pfunde schmelzen. Wenn es kalt wird, holen sich die braunen Adipozyten ihr Brennmaterial aus dem Speicherfett, denn Thermogenese kostet viele Kalorien. „Wer sein braunes Fett durch regelmäßige Kälteexposition trainiert, ist dünner und hat weniger Diabetes und Herz-Kreislauferkrankungen“, sagt Bartelt. Braune Fettzellen sind besonders reich an Mitochondrien, den Kraftwerken, in denen die Zellatmung stattfindet. Wie braune Fettzellen Wärme produzieren und dabei den Stoffwechsel ankurbeln, ist allerdings bislang nicht hinreichend verstanden, um daraus neue Therapien zu entwickeln.

Kälte kurbelt Thermogenese an

Ein wichtiger Trick der braunen Fettzellen ist das Uncoupling protein-1, das dafür sorgt, dass anstatt ATP, das herkömmliche Produkt der Zellatmung, Wärme erzeugt wird. „Die hohe metabolische Aktivität der braunen Fettzellen muss auch die Produktion von ATP beeinflussen“, so Bartelt, „und wir nahmen an, dass dieser Prozess durch Kälte reguliert sein würde.“ Zusammen mit brasilianischen Kollegen aus São Paulo identifizierten die Forscher den „Inhibitory factor-1“, der dafür sorgt, dass anstelle der Thermogenese die ATP-Produktion aufrechterhalten wird. Wird es kälter, so sinkt der Spiegel des Inhibitory factor-1 und die Thermogenese kann ablaufen. Wird der Inhibitory-factor-1-Spiegel künstlich erhöht, ist die Anpassung an Kälte gestört.

Diese Erkenntnisse wurden in isolierten Mitochondrien, kultivierten Zellen und im Tiermodell gewonnen. „Auch wenn wir ein wichtiges Puzzlestück zum Verständnis der Thermogenese gefunden haben, ist der Weg bis zur therapeutischen Anwendung noch weit“, erläutert Dr. Henver Brunetta, der die Studie maßgeblich betreut hat. Die meisten Menschen nutzen ihr braunes Fett laut den Autoren zu wenig und es ist verkümmert. Die neuen Studienergebnisse zeigen an, dass es molekulare Schalter gibt, die die Mitochondrien der braunen Fettzellen besser arbeiten lassen. Hier wollen Bartelt und Kollegen in Zukunft ansetzen. „Idealerweise finden wir auf unseren Daten basierend neue Wege, die Mitochondrien auch in weißen Fettzellen wieder fit zu machen, denn davon haben die meisten Menschen genug“, hofft Bartelt.

Originalpublikation: IF1 is a cold-regulated switch of ATP synthase to support thermogenesis in brown fat. Brunetta, H.S., Jung, A.S., Valdivieso-Rivera, F. et al. The Embo Journal. 2024 Sep 16.

Quelle: DZHK