Molekulare, zelluläre und genetische Charakterisierung des menschlichen Fettgewebes und seine Rolle im Stoffwechsel

Mehr als je zuvor nehmen die Menschen mehr Kalorien aus der Nahrung auf, als sie durch Sport und andere Aktivitäten verbrennen, und dieses Ungleichgewicht verursacht die steigenden Raten von Fettleibigkeit und Diabetes in den USA und auf der ganzen Welt. Zentrale Akteure in diesem Prozess sind die unterschiedlichen Körperfettarten. Das weiße Fett speichert überschüssige Kalorien aus der Nahrung, während braunes Fett – auch bekannt als braunes Fettgewebe oder BAT – die Energie aus der Nahrung verbraucht, um Wärme zu erzeugen. Dieser wichtige Prozess in BAT wird durch die Wirkung eines speziellen Proteins erreicht, das nur in BAT vorkommt, genannt Uncoupling Protein 1 (UCP1). Früher glaubten Wissenschaftler, dass BAT nur bei kleinen Tieren und menschlichen Säuglingen wichtig sei, aber wir und andere haben kürzlich entdeckt, dass erwachsene menschliche BAT (hBAT) als Reaktion auf eine leichte Kälteeinwirkung mehr Glukose nach Gewicht verbraucht als jedes andere Gewebe. Darüber hinaus kann menschliches BAT auch die Gewichtszunahme bekämpfen, indem es im Rahmen einer erhöhten Nahrungsaufnahme aktiver wird. Dieses Phänomen wurde bereits bei Mäusen und Ratten nachgewiesen, und sein Vorhandensein legt nahe, dass die Aktivierung menschlicher BAT als sichere Behandlung von Fettleibigkeit und Stoffwechselerkrankungen eingesetzt werden könnte. Schließlich deuten neuere Erkenntnisse darauf hin, dass menschliches BAT ein endokrines Organ sein könnte, was bedeutet, dass es Hormone ins Blut abgibt und auch andere Organe des Körpers reguliert, darunter Skelettmuskeln, Leber und die insulinfreisetzenden Betazellen der Bauchspeicheldrüse. Wenn wir verstehen wollen, wie hBAT in der Körperphysiologie funktioniert und seine kalorienverbrennende Fähigkeit zur Behandlung von Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes nutzen will, müssen wir uns der Herausforderung mit mehreren verschiedenen Methoden nähern. Ein Hauptgrund ist, dass BAT im Körper nicht leicht zu finden ist und die Zellen, aus denen sie bestehen, unterschiedlich sind, je nachdem, wo sie sich befinden und was der Körper braucht. Braunes Fett besteht aus mindestens zwei bekannten Arten unterschiedlicher Zellen, die als "konstitutiv"/braun und "induzierbar"/beige bezeichnet werden; und es gibt auch weiße Fettzellen in unterschiedlichen Anteilen. Da derzeit keine Möglichkeit bekannt ist, die Menge an braunem Fett im Körper anhand eines einfachen Bluttests abzuschätzen, hat sich unsere Laborgruppe erfolgreich darauf verlassen, bei Patienten, die sich bereits klinisch indizierten Eingriffen unterziehen, kleine Mengen Fett an der Operationsstelle zu sammeln . Aus diesen Fettgeweben gewonnene Informationen haben sich mit Fragen befasst, die sich darauf beziehen, (a) wie sich braune Fettzellen aus unreifen Stammzellen entwickeln; (b) welche Gene aktiv sind; und (c) wie viele Kalorien das braune Fett verbrennen kann. Diese früheren Studien haben auch die vorläufigen Zellen bereitgestellt, die für die Etablierung langlebiger menschlicher brauner und weißer Blutkörperchen erforderlich sind, die unbegrenzt im Labor gezüchtet werden können. Trotz dieser Fortschritte ist noch viel über die funktionellen Unterschiede zwischen braunen und beigen Fettzellen und darüber, wie diese den Stoffwechsel bei Menschen unterschiedlichen Alters, Geschlechts und genetischen Hintergrunds beeinflussen könnten, sowie über die Veränderungen, die in den braunen Fettzellen bei verschiedenen Krankheiten beobachtet werden, unbekannt. Das Ziel dieser Studie ist es, diese und verwandte Fragen zu beantworten.