Hintergrundwissen

Ursachen-Wissen: Wie „süßes Blut“ entsteht

Heinrich-Wieland-Preisträger Professor Markus Stoffel trägt zur Entschlüsselung der Ursachen des Diabetes bei

Forscher beginnen, molekulare Ursachen für die Entstehung der Zuckerkrankheit (Diabetes mellitus) zu entschlüsseln. Auf diesem Gebeit hat der Züricher Mediziner Prof. Markus Stoffel einen maßgeblichen Beitrag geleistet und erhielt dafür in diesem Jahr den renommierten Heinrich-Wieland-Preis. Er entdeckte zwei Kommunikationswege in menschlichen Körperzellen, die zum Typ 2 Diabetes führen können, wenn ihre Funktion gestört ist.

Bei der Erkrankung Diabetes ist der Typ 2 die häufigste Form. Am Diabetes 2 leiden mehr als 90% aller Diabetiker. Mit seiner Entdeckung hat der in Köln geborene Forscher der Eidgenössisch Technischen Hochschule (ETH) Zürich, Prof. Markus Stoffel, entscheidende Schritte zur Erklärung der Enstehung des Typ 2 Diabetes ermöglicht. Zugleich verdankt ihm die Wissenschaft neue Erkenntnisse zur Rolle der so genannten „Mikro-RNAs“ im menschlichen Körper. In den industriell wachsenden Nationen breitet sich Diabetes schnell aus. Über fünf Millionen Menschen werden müssen schon in Deutschland wegen dieser Krankheit behandelt werden, weltweit sind es schätzungsweise 180 Millionen Menschen mit Diabetes. Bis 2030 soll sich ihre Zahl verdoppeln. Herzinfarkt, Schlaganfall, Erblindung, Nierenschäden und Impotenz sind nur einige der möglichen Folgen.

Diabetes-Patienten leiden unter einem chronisch erhöhten Blutzuckerspiegel. Ihre Körper sind entweder nicht in der Lage, das blutzuckersenkende Hormon Insulin herzustellen (Typ 1 Diabetes), oder sie verlieren im Laufe des Lebens die Fähigkeit dazu (Typ 2 Diabetes). Über die von Prof. Stoffel entdeckten biochemischen Kommunikationswege funktioniert die Steuerung des Blutzuckerspiegels und des Fettstoffwechsels. Dieser Mechanismus funktioniert bei Typ 2 Diabetikern nicht richtig. Der eine Kommunikationspfad führt über eine vor 15 Jahren entdeckte Klasse von Molekülen, die „Mikro-Ribonukleinsäuren“ (Mikro-RNAs). Sie sind an der Insulinausschüttung der Bauchspeicheldrüse beteiligt und sorgen so für die Aufrechterhaltung eines konstanten Blutzuckerspiegels im Blut. Der zweite Kommunikationspfad betrifft das Eiweiß Foxa2, das in Leberzellen als Insulin-Sensor dient.

Mikro-RNAs wurden erstmals im Jahr 1993 in speziellen Würmern, den Fadenwürmern, entdeckt, kommen jedoch praktisch in allen Lebewesen vor. Erst 2001 erhielten sie ihren Namen, denn lange Zeit war nicht bekannt, welche Funktion Mikro-RNAs haben. Heute wissen wir, dass sie die Biosynthese von Proteinen steuern, die auf dem Auslesen des genetischen Codes basiert, die so genannte Translation. Mikro-RNAs spielen so bei der Produktion von Proteinen und somit für die meisten Körperfunktionen eine wichtige Rolle. Mehr als 300 verschiedene Mikro-RNAs wurden im menschlichen Körper identifiziert. Der Heinrich-Wieland-Preisträger Professor Markus Stoffel war der erste, der die Funktion einer dieser Mikro-RNAs im menschlichen Organismus entschlüsselte: „miR375“ hilft, die Insulinfreisetzung aus den Langerhans´schen Inselzellen der Bauchspeicheldrüse zu regulieren. Mikro-RNAs heften sich an Boten-RNA, eine einsträngige Kopie des genetischen Codes, mit dessen Hilfe die Zelle Eiweißmoleküle herstellt. Damit hemmen oder blockieren sie die Translation eines Gens in das entsprechende Protein: Das Doppel aus Mikro-RNA und Boten-RNA fällt für die Produktion von Proteinen aus und wird daher von der Zelle zerstört. „Die Entschlüsselung der genauen Funktionsweise der Mikro-RNA »miR375«“, so beschreibt Prof. Stoffel die Bedeutung seiner Entdeckung, „eröffnet neue Angriffspunkte für die Entwicklung innovativer Medikamente zur Behandlung von Diabetes.“

Der zweite Kommunikationspfad, der von Prof. Stoffel und seinem Team entdeckt wurde, läuft ebenfalls über die Aktivität von Genen, allerdings mit einem ganz anderen Mechanismus: Wenn Glukose nach einer Mahlzeit aus dem Darm ins Blut gelangt, schüttet die Bauchspeicheldrüse Insulin aus. Dieses Hormon sorgt dafür, dass der Körper Blutglukose als Energiereserve in Leber-, Fett- und Muskelgewebe zwischenspeichert. Wenn der Blutzuckerspiegel im Körper sinkt und zusätzliche Energie benötigt wird, mobilisiert die Leber Zucker und Fett aus den gespeicherten Vorräten, um den Körper mit der benötigten Energie zu versorgen. Bei dieser Aktivierung von Reserven spielt das Protein Foxa2 eine entscheidende Rolle, so die Entdeckung von Prof. Stoffel. Foxa2 regt Gene in den Leberzellen an, Enzyme zu produzieren, durch die Fette und fettähnliche Stoffe biochemisch verändert und dem Körper wieder als Energiequelle zur Verfügung gestellt werden. Das Protein Foxa2 wird dabei durch Insulin blockiert, wenn ein hoher Blutzuckerspiegel eine ausreichende Energieversorgung sicherstellt. Insulin bremst also über seinen Einfluss auf das Protein Foxa2 die Aktivierung von Fettreserven. Bereits in frühen Phasen des Typ 2 Diabetes ist Foxa2 dauerhaft inaktiv und Leberzellen werden nicht mehr aktiviert, Fett umzuwandeln. Fett reichert sich an und die Leber verfettet. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Leberzellen gegenüber Insulin weiter verringert und der Diabetes mellitus kann sich entwickeln, obwohl der vorhandene Insulinspiegel des Körpers ausreichen würde, wenn die Leberfunktion nicht beeinträchtigt wäre.

Prof. Markus Stoffel, geboren 1962, ist Professor für Molekulare Systembiologie an der Eidgenössisch Technischen Hochschule (ETH) Zürich. Er studierte in Cambridge und Bonn Medizin. Nach einer 2-jährigen Tätigkeit am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf hatte er für 3 Jahre verschiedene Positionen an der Universität Chicago (USA) inne. 1995 wurde er an der Rockefeller Universität in New York zum ordentlichen Professor ernannt. 2006 folgte er dem Ruf an die ETH Zürich. Dort baute er ein Forscherteam auf, das sich auf die Regulation des Glukose- und Lipidspiegels im Blut konzentriert. Prof. Stoffel erhielt 2006 den Wissenschaftspreis der Amerikanischen Diabetes-Gesellschaft und wurde zum Mitglied der Deutschen Akademie der Naturforscher „Leopoldina“ berufen.

Der Heinrich-Wieland-Preis ist einer der renommiertesten Auszeichnungen in der Stoffwechselforschung. Der Preis ist nach dem deutschen Chemiker, Lipidforscher und Medizinnobelpreisträger Heinrich Otto Wieland (1877-1957) benannt. Die Auszeichnung wird seit 1964 jährlich vergeben und ist mit 50.000 Euro dotiert. Er wird von dem forschenden Pharmaunternehmen Boehringer Ingelheim gestiftet, mit dem Heinrich Wieland eng verbunden war. Unter anderem hat Heinrich Wieland in dem heute weltweit agierenden Pharmaunternehmen zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts die erste „Wissenschaftliche Abteilung“ etabliert und damit die Forschung von Boehringer Ingelheim begründet.

Weitere Informationen

www.boehringer-ingelheim.de