Moderne Medikamente zur Gewichtsreduktion haben die Behandlung von Adipositas revolutioniert und vielen Menschen dabei geholfen, erheblich an Gewicht zu verlieren. Diese Medikamente haben jedoch oft einen entscheidenden Nachteil: Sie können auch zu einem Verlust an Muskelmasse führen. Nun haben Forscher einen biologischen Mechanismus entdeckt, der eines Tages dazu beitragen könnte, dieses Problem zu lösen und gleichzeitig die Fettverbrennung des Körpers anzukurbeln.
Wissenschaftler am Weizmann Institute of Science haben ein Protein namens MTCH2 – mit dem Spitznamen „Mitch“ – identifiziert, das offenbar eine wichtige Rolle dabei spielt, wie Zellen Energie verwalten und Fett speichern. In einer kürzlich im EMBO Journal veröffentlichten Studie fand das Team heraus, dass die Deaktivierung dieses Proteins in menschlichen Zellen die Verbrennungsrate von Fetten und Kohlenhydraten erhöht und gleichzeitig die Bildung neuer Fettzellen verringert. Die Ergebnisse bauen auf früheren Untersuchungen an Mäusen auf, die zu einem überraschenden Ergebnis führten. Tiere, denen Mitch in den Muskeln fehlte, wurden körperlich fitter, entwickelten eine größere Ausdauer und waren bemerkenswert resistent gegen Fettleibigkeit.
Eine überraschende Entdeckung bei Mäusen
Vor einigen Jahren machten Prof. Atan Gross und seine Kollegen bei der Untersuchung von Mitch eine unerwartete Beobachtung. Als die Forscher die Produktion des Proteins im Muskelgewebe der Mäuse unterdrückten, zeigten die Tiere erhebliche Verbesserungen in ihrer Körperzusammensetzung.
Die Mäuse vermieden nicht nur Fettleibigkeit, sondern bildeten auch mehr Muskelfasern aus. Diese Fasern verbrauchen große Mengen an Sauerstoff und stehen im Zusammenhang mit verbesserter Ausdauer und sportlicher Leistungsfähigkeit. Die Tiere schnitten bei körperlichen Belastungstests besser ab und zeigten zudem eine verbesserte Herzfunktion.
Die Entdeckung warf eine wichtige Frage auf: Wie konnte die Ausschaltung eines einzigen Proteins sowohl vor Fettleibigkeit schützen als auch die körperliche Ausdauer steigern? Um diese Frage zu beantworten, richteten die Forscher ihr Augenmerk auf die Mitochondrien, jene winzigen Strukturen im Inneren der Zellen, die oft als deren „Kraftwerke“ bezeichnet werden. Mitochondrien erzeugen die Energie, die Zellen für ihre Funktion benötigen, und spielen eine zentrale Rolle im Stoffwechsel – der Gesamtheit chemischer Prozesse, die Nahrung in nutzbare Energie umwandeln.
Wie Mitochondrien die Fettverbrennung beeinflussen
Im Mittelpunkt der Forschung stehen die Mitochondrien – winzige Zellbestandteile, die oft als „Kraftwerke der Zellen“ bezeichnet werden. Ihre Aufgabe besteht darin, aus Nährstoffen wie Fetten, Kohlenhydraten und teilweise auch Proteinen die Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat) bereitzustellen, die der Körper für nahezu alle lebenswichtigen Prozesse benötigt. Besonders Muskelzellen enthalten sehr viele Mitochondrien, da sie bei jeder Bewegung große Mengen Energie verbrauchen. Wie effizient diese Energiegewinnung abläuft, hängt jedoch nicht nur von der Anzahl der Mitochondrien ab, sondern auch davon, wie sie aufgebaut und miteinander verbunden sind.
Die Mitochondrien sind keine starren Zellbestandteile. Sie verändern ständig ihre Form, verschmelzen miteinander oder teilen sich wieder auf – ein Vorgang, der als mitochondriale Dynamik bezeichnet wird. Verschmelzen viele Mitochondrien zu einem großen Netzwerk, arbeiten sie besonders effizient und können Energie mit vergleichsweise geringem Brennstoffverbrauch erzeugen. Sind sie dagegen in viele kleine, voneinander getrennte Einheiten aufgeteilt, sinkt ihre Effizienz. Um dennoch ausreichend Energie bereitzustellen, müssen die Zellen deutlich mehr Brennstoffe verbrauchen. Dazu greifen sie verstärkt auf Fett, Kohlenhydrate und Aminosäuren zurück.
Genau an diesem Punkt scheint das Protein MTCH2 – von den Forschern „Mitch“ genannt – eine entscheidende Rolle zu spielen. Im Laufe jahrelanger Untersuchungen entdeckte das Team um Prof. Atan Gross am Weizmann Institute of Science, dass Mitch die sogenannte mitochondriale Fusion reguliert, also den Zusammenschluss der Mitochondrien zu größeren Netzwerken. Ist das Protein aktiv, bleiben die Mitochondrien besser organisiert und arbeiten besonders effizient. Fehlt Mitch hingegen, verändert sich ihre Struktur grundlegend: Das Netzwerk zerfällt in viele kleinere Einheiten, wodurch die Energieproduktion weniger wirtschaftlich wird.
Auf den ersten Blick klingt eine geringere Energieeffizienz nach einem Nachteil. Für den Stoffwechsel könnte sie jedoch durchaus Vorteile haben. Weil die Zellen ihren Energiebedarf trotz der ineffizienteren Mitochondrien decken müssen, erhöhen sie ihren Brennstoffverbrauch. Sie verbrennen dadurch kontinuierlich mehr Fett und andere Energiereserven. Genau dieser Mechanismus könnte erklären, weshalb Mäuse ohne Mitch deutlich schlanker blieben, mehr Muskelmasse entwickelten und gleichzeitig eine bessere Ausdauer aufwiesen als ihre Artgenossen.Nachdem dieser Zusammenhang in Tierexperimenten nachgewiesen worden war, wollten die Wissenschaftler herausfinden, ob derselbe Mechanismus auch in menschlichen Zellen existiert.
Was passiert, wenn Mitch entfernt wird?
In der neuen Studie unter der Leitung der Doktorandin Sabita Chourasia wurde das Mitch-Protein mithilfe gentechnischer Verfahren aus menschlichen Zellen entfernt. Die Ergebnisse waren dramatisch. Ohne Mitch zerfiel das normale Mitochondriennetzwerk in einzelne Einheiten. Die Energieproduktion wurde weniger effizient, wodurch sich die Zellen in einen Zustand befanden, den die Forscher als ständigen Energiemangel beschreiben.
Auf den ersten Blick mag das schädlich erscheinen. Wenn das Ziel jedoch darin besteht, den Energieverbrauch zu steigern und die Fettansammlung zu reduzieren, kann diese Art von Ineffizienz tatsächlich zugunsten des Körpers wirken. Zellen, die Schwierigkeiten bei der Energieproduktion haben, müssen mehr Brennstoff verbrauchen, um ihren Bedarf zu decken.
„Nach der Ausschaltung von Mitch untersuchten wir alle paar Stunden die Auswirkungen auf mehr als 100 Substanzen, die am Stoffwechsel in menschlichen Zellen beteiligt sind“, erklärt Chourasia. „Wir beobachteten eine Steigerung der Zellatmung – also des Prozesses, bei dem die Zelle mithilfe von Sauerstoff aus Nährstoffen wie Kohlenhydraten und Fetten Energie gewinnt. Dies erklärt die erhöhte Muskelausdauer in früheren Experimenten mit Mäusen.“
Menschliche Zellen beginnen, mehr Fett zu verbrauchen
Da die veränderten Zellen mehr Energie benötigten, erhöhten sie ihren Verbrauch der verfügbaren Energieträger. Die Forscher beobachteten einen stärkeren Abbau von Fetten, Kohlenhydraten und Aminosäuren. Außerdem stellten sie eine deutliche Veränderung in der Art und Weise fest, wie die Zellen Energie erzeugten. Normale Zellen sind in der Regel stärker auf Kohlenhydrate und Proteine angewiesen. Zellen ohne Mitch hingegen nutzten Fett in viel größerem Maße als primäre Energiequelle.
„Wir haben festgestellt, dass die Deaktivierung von Mitch zu einem starken Rückgang der Fette in den Membranen führte“, erklärt Gross. „Gleichzeitig beobachteten wir einen Anstieg der zur Energiegewinnung genutzten Fettstoffe und erkannten, dass das Fett aus der Membran abgebaut wurde, um als Brennstoff genutzt zu werden. Mit anderen Worten: Wir haben gezeigt, dass Mitch über das Schicksal des Fetts in menschlichen Zellen entscheidet.“ Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Mitch als wichtiger Regulator fungiert, der mitbestimmt, ob Fett gespeichert oder verbrannt wird.
Die Bildung neuer Fettzellen blockieren
Die Forscher entdeckten einen weiteren wichtigen Effekt der Entfernung von Mitch. Frühere Studien hatten gezeigt, dass Frauen mit Adipositas tendenziell erhöhte Konzentrationen des Proteins aufweisen. Diese Beobachtung veranlasste das Team zu untersuchen, ob Mitch möglicherweise auch die Bildung neuer Fettzellen beeinflusst.
Fettzellen entstehen aus Vorläuferzellen, den sogenannten Progenitorzellen. Unter den richtigen Bedingungen reichern diese unreifen Zellen Fett an und entwickeln sich durch einen als Differenzierung bezeichneten Prozess zu reifen, Fett speichernden Zellen. Als die Forscher Mitch aus den Progenitorzellen entfernten, wurde diese Umwandlung deutlich erschwert.
„Als wir Mitch aus den Progenitorzellen entfernten, stellten wir fest, dass das in diesen Zellen geschaffene Milieu der Synthese neuer Fette nicht förderlich war“, erklärt Gross. „Die Einschränkung der Fähigkeit zur Membransynthese hindert die Zellen daran, zu wachsen, sich zu entwickeln und den Punkt zu erreichen, an dem eine Differenzierung möglich ist. Der Prozess der Fettansammlung erfordert eine große Menge an verfügbarer Energie, doch in Zellen ohne Mitch herrscht Energieknappheit. Zudem wird die Expression von Genen, die für die Differenzierung notwendig sind, unterdrückt, und es mangelt an den Substanzen, die für diesen Prozess unerlässlich sind. Infolgedessen wird die Differenzierung neuer Fettzellen ebenso wie die Fettansammlung reduziert.“ Mit anderen Worten: Zellen ohne Mitch verbrannten nicht nur mehr Fett, sondern waren auch weniger in der Lage, neue Fettspeicherzellen zu bilden.
Eine mögliche neue Richtung für die Adipositasforschung
Obwohl die aktuelle Arbeit ausschließlich an menschlichen Zellkulturen sowie in früheren Studien an Mäusen durchgeführt wurde und bis zu einer möglichen Therapie noch viele Jahre Forschung notwendig sind, liefert sie wichtige neue Einblicke in die biologischen Mechanismen des Energiestoffwechsels. Die Ergebnisse zeigen erstmals, dass MTCH2 („Mitch“) offenbar als eine Art Schaltstelle fungiert, die mitentscheidet, ob Zellen Energie möglichst effizient speichern oder stattdessen vermehrt Fett als Brennstoff verbrennen.
Durch die Steigerung der Fettverbrennung bei gleichzeitiger Einschränkung der Bildung neuer Fettzellen könnte die gezielte Beeinflussung von Mitch den Forschern langfristig eine völlig neue Strategie zur Behandlung von Adipositas eröffnen. Während viele heutige Medikamente vor allem den Appetit verringern oder das Sättigungsgefühl verstärken, würde dieser Ansatz direkt in den Energiestoffwechsel der Zellen eingreifen. Ziel wäre es nicht nur, die Kalorienaufnahme zu reduzieren, sondern den Körper dazu zu bringen, mehr Energie zu verbrauchen und gleichzeitig weniger neue Fettdepots anzulegen.
Besonders interessant ist die Entdeckung vor dem Hintergrund moderner Medikamente zur Gewichtsreduktion, etwa GLP-1-Rezeptor-Agonisten. Diese können zwar zu einer deutlichen Gewichtsabnahme führen, doch ein Teil des verlorenen Gewichts besteht häufig auch aus Muskelmasse. Gerade für ältere Menschen ist das problematisch, da Muskelverlust das Risiko für Gebrechlichkeit, Stürze und Stoffwechselstörungen erhöhen kann. Ein Therapieansatz, der die Fettverbrennung ankurbelt und gleichzeitig die Muskulatur erhält oder sogar stärkt, könnte daher einen wichtigen Fortschritt darstellen.
Die Forscher betonen jedoch, dass noch zahlreiche Fragen offen sind. Bevor MTCH2 tatsächlich als Angriffspunkt für neue Medikamente genutzt werden kann, muss geklärt werden, welche Aufgaben das Protein in anderen Organen übernimmt und ob seine gezielte Hemmung langfristig sicher ist. Da Mitochondrien an nahezu allen Stoffwechselprozessen beteiligt sind, muss verhindert werden, dass ein Eingriff unerwünschte Auswirkungen auf Herz, Gehirn oder andere Gewebe hat.
Dennoch sehen die Wissenschaftler in ihrer Entdeckung einen vielversprechenden Ansatz für die Zukunft der Adipositasforschung. Gelingt es, den neu identifizierten Mechanismus gezielt zu nutzen, könnten eines Tages Therapien entstehen, die nicht nur beim Abnehmen helfen, sondern gleichzeitig den Stoffwechsel verbessern, den Muskelabbau begrenzen und überschüssiges Körperfett nachhaltiger reduzieren.