Schalter für Fettstoffwechsel Fett speichern oder verbrennen? Ein Protein entscheidet

Wie unser Körper Nahrung verwertet, ist entscheidend für die Energiegewinnung und den Fettauf- bzw. -abbau. Beim Fettstoffwechsel kommt einem bestimmten Protein eine wichtige Rolle zu, wie nun Forscher der Universität Basel gezeigt haben. Es steuert die Speicherung bzw. Umwandlung der Fette in Energie.

Jeder Organismus benötigt Energie zum Leben. Wir nehmen Energie über verschiedene Bestandteile unserer Nahrung auf und verwenden sie teilweise direkt oder speichern sie im Körper. Während Glucose als schneller Energielieferant unserem Körper direkt zur Verfügung steht, werden Fette als Energievorrat angelegt. Unsere Zellen speichern die Fette, so genannte Lipide, in Form von Tröpfchen.

Sobald der Körper auf den Energievorrat zugreifen muss, werden die Lipide zu den Mitochondrien transportiert, wo sie in das Molekül ATP (Adenosintriphosphat) umgewandelt werden, das der Zelle als Energieträger bereitsteht.

Doch wie viel Energie benötigt der Körper aus seinem Energievorrat? Wie viele Lipide sollen jeweils in ATP umgewandelt werden? Wann muss der Umwandlungsprozess gestartet und wann beendet werden? Die Forschungsgruppe von Prof. Dr. Anne Spang am Biozentrum der Universität Basel hat den Fettstoffwechselprozess in Hefezellen und menschlichen Zellen genauer untersucht. Dabei haben die Forschenden herausgefunden, dass das Protein Arf1 wie ein molekularer Schalter diese Vorgänge reguliert.

Lipide in die Zellkraftwerke geleiten

Das Protein Arf1 war ein „alter Bekannter“ für die Forscher. „Wir wussten bereits, dass es einige Funktionen beim Golgi-Apparat übernimmt, der Sortierstation in der Zelle. Nun haben wir entdeckt, dass Arf1 auch den Energiestoffwechsel in den Mitochondrien steuert“, sagt 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 Lipidtröpfchen und Mitochondrium so verändert, dass die Lipide in die Mitochondrien gelangen können.

Fettstoffwechsel-Forschung

Adipositas: Fettleibigkeit-auf-dem-Chip

Überaktives oder fehlendes Protein stoppt den Energiefluss

Sobald der Körper signalisiert, dass er Energie benötigt, lässt Arf1 Lipide in die Mitochondrien gelangen. Ist der Energiebedarf gedeckt, wird der Transport wieder gestoppt. „Das System funktioniert also nur, wenn die Rückkopplung des Energiebedarfs funktioniert“, betont Enkler.

Ist das Protein allerdings abwesend, gerät das ganze System aus dem Gleichgewicht, wie die Forscher erklären. Gleiches passiert, wenn es überaktiv ist. „In beiden Fällen funktioniert die Rückkopplung zwischen Bedarf und Produktion nicht und es kann keine Energie in Form von ATP bereitgestellt werden“, sagt Studienleiterin Spang. „Infolgedessen kommt es zu einer Anreicherung von Fettsäuren in den Lipidtröpfchen.“

Empfindliches Gleichgewicht

Wie sensibel und hochkomplex der Fettstoffwechsel ist, zeigt sich am Beispiel verschiedener Fettstoffwechselstörungen. Bereits kleinste Fehler im Fettstoffwechsel können erhöhte Cholesterinwerte (Blutfettwerte) nach sich ziehen und damit das Risiko für Herz-Kreislauferkrankungen steigern oder Krankheiten wie Fettleibigkeit oder Diabetes auslösen.

Mithilfe 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.

Originalpublikation: 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

(ID:49594555)