Wenn Essen die Funktion der Gene verändert

Wie eine Studie unter Führung des Deutschen
Instituts für Ernährungsforschung (DIfE) nun an Mäusen zeigt, führt eine
fettreiche Ernährung während der Trag- und Stillzeit zu epigenetischen*
Veränderungen bei den Nachkommen. Diese Änderungen beeinflussen
Stoffwechselwege, die durch das Darmhormon GIP** reguliert sind, wodurch
die erwachsenen Nachkommen empfänglicher für Übergewicht und
Insulinresistenz werden, der Vorstufe zum Typ-2-Diabetes. Ähnliche
Mechanismen seien beim Menschen nicht auszuschließen, so Andreas F. H.
Pfeiffer, Leiter der Abteilung Klinische Ernährung am DIfE.

Die Studie ist ein interdisziplinäres Kooperationsprojekt des Deutschen
Zentrums für Diabetesforschung (DZD), an dem neben Wissenschaftlern des
DIfE auch Forscher des Helmholtz Zentrums München beteiligt waren. Das
Wissenschaftlerteam um Andreas F. H. Pfeiffer und die Erstautoren
Michael Kruse und Farnaz Keyhani-Nejad publizierte seine Ergebnisse
kürzlich in der Fachzeitschrift Diabetes (Kruse et al., 2016;
65:1-11; DOI: 10.2337/db15-0478).

Wie Wissenschaftler weltweit beobachten, besitzen Kinder von adipösen
Müttern ein höheres Risiko für Übergewicht und
Stoffwechselerkrankungen. Neuere Studienergebnisse lassen annehmen, dass
als Ursache hierfür auch ernährungsbedingte epigenetische Effekte eine
Rolle spielen könnten. Da Mensch und Maus genetisch sehr ähnlich sind,
nutzen viele Wissenschaftler Mausmodelle, um solche Zusammenhänge unter
kontrollierten Bedingungen zu erforschen. Am Menschen sind solche
Studien nicht möglich.

Im Fokus der aktuellen Studie standen dabei die epigenetischen Effekte
auf die GIP-regulierten Stoffwechselwege, die während der
Schwangerschaft und Stillzeit durch die Ernährung ausgelöst werden. GIP
ist ein Hormon, das der Darm nach der Nahrungsaufnahme freisetzt und
welches die Insulinausschüttung aus der Bauchspeicheldrüse stimuliert.
Es beeinflusst den Stoffwechsel von Fettzellen sowie die Fettverbrennung
in der Skelettmuskulatur und fördert als anaboles Hormon den Aufbau von
Körpermasse. Seine Effekte vermittelt GIP über den sogenannten
GIP-Rezeptor. Fehlt dieser wie bei der Gipr-/–Maus, so kann das Hormon
seine natürliche Wirkung nicht mehr entfalten und die Tiere sind
normalerweise vor Übergewicht und Insulinresistenz geschützt. Da sich
die GIP-regulierten Stoffwechselwege anhand des Gipr-/–Mausmodells gut
untersuchen lassen, verwendeten die Forscher diesen Mausstamm für ihre
Studie. Als Kontrolle diente der Wildtyp-Stamm des Mausmodells.

Zunächst teilten die Forscher die Mausmütter in drei Gruppen ein, die
während der Trag- und Stillzeit unterschiedliches Futter erhielten:
Gruppe 1: Gipr-/–Mäuse, die fettreiches Futter erhielten
Gruppe 2: Gipr-/–Mäuse, die normales Futter erhielten
Gruppe 3: Wildtyp-Mäuse mit intaktem GIP-Rezeptor, die normales Futter
erhielten

Alle Nachkommen der drei Gruppen bekamen nach dem Abstillen für 22
Wochen normales Futter und im Anschluss daran für weitere 20 Wochen eine
fettreiche Kost.

Wie die Wissenschaftler beobachteten, nahmen die erwachsenen Nachkommen
der Gruppe 1 und 3 unter der 20-wöchigen fettreichen Diät deutlich an
Fettmasse zu, obwohl sie weniger fraßen als der Nachwuchs von Gruppe 2.
Ebenso hatten sie erhöhte Cholesterin-, Zucker- und Insulinspiegel im
Blut, wiesen vermehrt entzündliche Reaktionen im Fettgewebe auf, hatten
größere Fettzellen und verbrannten weniger Fett in der Muskulatur. Zudem
stellten die Forscher fest, dass die Aktivität verschiedener Gene bei
Gruppe 1 und 3 im Vergleich zu Gruppe 2 verändert war. Bei diesen
handelt es sich um Gene, die für die Fettverbrennung im Muskel und für
Entzündungsprozesse im Fettgewebe eine Rolle spielen, oder die an der
Regulation der Energieaufnahme durch das Gehirn beteiligt sind.

„Die veränderten Genaktivitäten ließen sich dabei zum Teil auf
DNA-Methylierungen***, das heißt, epigenetische Veränderungen
zurückführen“, sagt Pfeiffer. „Unsere Ergebnisse weisen zudem
darauf hin, dass GIP auch für die durch das Gehirn gesteuerte Regulation
der Energieaufnahme eine Rolle spielt, indem es vermutlich indirekt die
Insulinempfindlichkeit des Hypothalamus vermindert“, so der
Endokrinologe weiter. Dies sei eine ganz neue Erkenntnis. Inwieweit sich
die Ergebnisse auf den Menschen übertragen ließen, müsse man sehen. Hier
sei noch sehr viel zu erforschen. Fest stehe jedoch, dass die Ernährung
nicht nur direkten Einfluss auf ein Individuum hat, sondern auch noch
dessen Nachkommen beeinflussen kann.

Hintergrundinformationen:
* Die Epigenetik ist ein relativ junges Forschungsgebiet. Es untersucht
veränderte Gen-Funktionen, die nicht auf eine Änderung der DNA-Sequenz
zurückzuführen sind, aber dennoch vererbt werden können. Studien der
letzten Zeit weisen verstärkt darauf hin, dass auch die Ernährung als
Umweltfaktor den Aktivitätszustand von Genen nachhaltig beeinflussen
kann, z.B. durch chemische Veränderung (Methylierung) der
DNA-Bausteine.
** GIP: Gastric inhibitory polypeptide
*** Erklärungen zur Abbildung (verfügbar unter:
https://pc14.dife.de/get/gaf33k):
DNA-Methylierungen entstehen, wenn Methylgruppen an die DNA binden.
Diese können Gene entweder aktivieren oder deaktivieren.
Nukleosom: Acht Histonproteine bilden den Kern eines Nukleosoms, auf
das 147 Basenpaare eines DNA-Stranges aufgewickelt sind.
Histon-Ende: Die Enden der Histone ragen aus dem Nukleosom heraus und
können durch epigenetische Faktoren modifiziert werden. Hierdurch
wird die Bindung der DNA an das entsprechende Nukleosom verändert, so
dass die DNA z.B. für Transkriptionsenzyme zugänglich und ein bestimmtes
Gen aktiviert wird.

Epigenetische Faktoren verändern Histon-Enden indem sie z.B. Methyl-
oder Acetylgruppen auf Lysin-Seitenketten übertragen. Dies kann die
Aktivierung eines Gens erschweren bzw. erleichtern. Die direkte
Methylierung der DNA verändert dann dauerhaft die Genexpression, wenn
sie in Steuerbereichen von Genen erfolgt (sogenannten CpG-Inseln), die
durch die Modifikation der Histone zugänglich gemacht wurden.

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