Warum Wissenschaftler den Winterschlaf untersuchen, um Fettleibigkeit zu bekämpfen
Viele Säugetiere nehmen zu und werden im Herbst insulinresistent. Diese Veränderungen sind jedoch leicht reversibel und die Säugetiere entwickeln keine weiteren ungesunden Symptome. Die Forscher glauben, dass die Erklärung dafür in den Mechanismen liegt, die mit dem Winterschlaf verbunden sind.
Bildnachweis: Kleine braune Fledermaus von Ann Froschauer / USA. Fisch- und Wildtierservice / über Wikimedia Commons
Forscher haben die Tatsache erkannt, dass eine Vielzahl von Tieren „Superkräfte“ haben.
Insbesondere die gleichen Bedingungen, die den Menschen betreffen - von denen einige lebensbedrohlich sein können -, wirken sich möglicherweise überhaupt nicht auf Tiere aus.
Zwei solche Beispiele sind Elefanten und Wale, deren Krebsrisiko praktisch Null ist. Es ist unwahrscheinlich, dass andere Tiere Stoffwechselstörungen wie Fettleibigkeit entwickeln. Warum ist das?
Die Forscher Elliott Ferris und Christopher Gregg von der Universität von Utah in Salt Lake City glauben, dass der Winterschlaf etwas damit zu tun haben könnte.
Viele Säugetiere auf der ganzen Welt halten in der kalten Jahreszeit Winterschlaf. Der Winterschlaf ist dadurch gekennzeichnet, dass er in einen schlafähnlichen Zustand übergeht, in dem die Körpertemperatur sinkt, die Atmung langsamer wird, das Herz langsamer schlägt und alle anderen Stoffwechselprozesse (automatisierte, selbstregulierende physiologische Prozesse) langsamer werden.
Dies ermöglicht es den Tieren im Winterschlaf, in den Wintermonaten zu überleben, wenn das Futter knapp und die Lebensbedingungen weniger freundlich sind.
Wie Ferris und Gregg in ihrer neuen Studienarbeit in der Zeitschrift festhalten ZellenberichteViele Tiere im Winterschlaf haben im Vorfeld des Winterschlafes tatsächlich viel an Gewicht zugenommen. Sie werden auch insulinresistent.
Dies sind zwei Aspekte, die für Fettleibigkeit charakteristisch sind. Im Winterschlaf bedeuten sie jedoch nur, dass die Tiere während der Wintermonate Zugang zu einer rechtzeitigen Fettreserve haben.
Anders als bei Menschen, die an Fettleibigkeit leiden, können Winterschlafkräfte später leicht das zusätzliche Gewicht verlieren, und ihr Körper kehrt die Insulinresistenz automatisch um. Im Gegensatz zu Menschen mit Adipositas entwickeln Säugetiere im Winterschlaf keinen Bluthochdruck oder eine leicht entzündliche Erkrankung, was zu weiteren gesundheitlichen Bedenken führen kann.
Aus diesen Gründen glauben Ferris und Gregg, dass einige genetische Mechanismen, die an der Regulierung des Winterschlafes beteiligt sind, auch eine Rolle bei der Kontrolle von Fettleibigkeit spielen können.
Die Geheimnisse nichtkodierender DNA erforschen
"Hibernators haben eine unglaubliche Fähigkeit entwickelt, ihren Stoffwechsel zu kontrollieren", erklärt Gregg, Associate Professor am Department of Neurology & Anatomy der University of Utah.
"Der Stoffwechsel prägt das Risiko für viele verschiedene Krankheiten, darunter Fettleibigkeit, Typ-2-Diabetes, Krebs und Alzheimer", fügt er hinzu. "Wir glauben, dass das Verständnis der Teile des Genoms, die mit dem Winterschlaf verbunden sind, uns helfen wird, die Risiken für einige dieser Hauptkrankheiten zu kontrollieren."
"Eine große Überraschung unserer neuen Studie ist, dass diese wichtigen Teile des Genoms in 98% des Genoms, das keine Gene enthält, vor uns verborgen waren - wir haben es früher" Junk-DNA "genannt", sagt Gregg.
Für ihre neue Studie analysierten Gregg und Ferris das Genom von vier Säugetierarten im Winterschlaf: dem dreizehnzeiligen Grundeichhörnchen, der kleinen braunen Fledermaus, dem grauen Mausmaki und dem kleinen Igel Tenrec.
Beim Vergleich der Genome dieser Arten stellten die Forscher fest, dass sie alle - unabhängig voneinander - eine Reihe kurzer DNA-Schnitte entwickelt hatten, die als „parallel beschleunigte Regionen“ bezeichnet wurden.
Beschleunigte Regionen existieren auch beim Menschen, obwohl Wissenschaftler sehr wenig über sie verstehen. Was Forscher bisher wissen, ist, dass beschleunigte Regionen nichtkodierende DNA aufweisen und dass sie sich im Laufe der Jahrhunderte nicht wesentlich verändert haben.
Außer beim Menschen, bei dem sie sich plötzlich zu verändern und zu verändern begannen, als wir uns von unseren „Cousins“ der Primaten trennten.
Nach weiterer Analyse der Daten stellten die Forscher fest, dass parallele beschleunigte Regionen in der Nähe von Genen auftreten, die mit Fettleibigkeit beim Menschen zusammenhängen.
Um die Verbindung zwischen beschleunigten Regionen und Genen zu bestätigen, die bei der Kontrolle von Fettleibigkeit eine Rolle spielen, analysierten Gregg und Ferris eine sehr spezifische Reihe von Genen: jene, die das Prader-Willi-Syndrom, eine seltene genetische Erkrankung beim Menschen, antreiben.
Dieser Zustand ist unter anderem durch einen übermäßigen Appetit gekennzeichnet, der zu einer ungesunden Gewichtszunahme und Fettleibigkeit führen kann.
Bei der Untersuchung der mit dem Prader-Willi-Syndrom verbundenen Gene stellten die Forscher fest, dass diese Gene im Vergleich zu Genen, die bei dieser genetischen Erkrankung keine Rolle spielten, mit stärker durch den Winterschlaf beschleunigten Regionen assoziiert sind.
„Grundsteinlegung für neue Forschung“
Nach diesen Ergebnissen schlagen Gregg und Ferris nun vor, dass Tiere im Winterschlaf möglicherweise Mechanismen entwickelt haben, die es ihnen ermöglichen, die Aktivität bestimmter mit Fettleibigkeit verbundener Gene automatisch auszuschalten. Dies ist bei Säugetieren ohne Winterschlaf nicht der Fall.
Die Forscher identifizierten auch bis zu 364 genetische Elemente, die sowohl zur Regulierung des Winterschlafes als auch zur Kontrolle von Fettleibigkeit beitragen können.
"Unsere Ergebnisse zeigen, dass Regionen, die den Winterschlaf beschleunigen, in Studien an Hunderttausenden von Menschen in der Nähe von Genen angereichert sind, die mit Fettleibigkeit in Verbindung stehen, sowie in der Nähe von Genen, die mit einer syndromalen Form von Fettleibigkeit in Verbindung stehen", sagt Ferris.
"Durch die Zusammenführung von Daten von Menschen und Tieren im Winterschlaf konnten wir daher mögliche Hauptregulationsschalter im Genom zur Kontrolle der Fettleibigkeit von Säugetieren aufdecken", fügt er hinzu.
Mithilfe einer speziellen Gen-Editing-Technologie testen die Forscher derzeit die Rolle dieser 364 genetischen Elemente in Mausmodellen. Sie hoffen, dass ihre Ergebnisse ihnen irgendwann helfen werden, nicht nur Fettleibigkeit, sondern auch andere Zustände im Zusammenhang mit Stoffwechselmechanismen zu kontrollieren.
„Da Fettleibigkeit und Stoffwechsel Risiken für so viele verschiedene Krankheiten darstellen, ist die Entdeckung dieser Teile des Genoms eine wirklich aufregende Erkenntnis, die die Grundlage für viele wichtige neue Forschungsrichtungen bildet. Wir haben neue Projekte für Alterung, Demenz und metabolisches Syndrom. “
Christopher Gregg
