Wissenschaftler enthüllen ein Molekül, das hohen Blutzucker mit Stoffwechselerkrankungen verbindet

Neue Forschungen zeigen, dass das Molekül im Zentrum einer lange verborgenen Verbindung zwischen hohem Blutzucker und der Zerstörung von Mitochondrien steht - den winzigen Zellen in Zellen, die ihnen Energie zum Überleben und zur Funktion geben.
Enzyme waren an verschiedenen Stellen in Mitochondrien von diabetischen und nichtdiabetischen Ratten.
Bildnachweis: Partha Banerjee / Johns Hopkins Medizin

Forscher der Johns Hopkins Universität (JHU), Baltimore, MD, sagen, die Entdeckung könnte zu neuen Möglichkeiten der Prävention und Behandlung von Diabetes führen.

Sie beschreiben, wie sie in einem im Internet veröffentlichten Artikel den Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung von hohem Blutzucker und Stoffwechselkrankheiten aufgedeckt haben Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Der korrespondierende Autor Gerald Hart, Professor für biologische Chemie an der JHU School of Medicine, erklärt:

"Zucker selbst ist nicht giftig, daher war es ein Rätsel, warum ein hoher Blutzuckerspiegel eine so starke Wirkung auf den Körper haben kann."

Er sagt, sie fanden, dass hoher Blutzucker die Funktion eines Moleküls zu stören scheint, das an zahlreichen Zellprozessen beteiligt ist.

Andere Teams haben bereits festgestellt, dass bei unbehandeltem Diabetes ein hoher Blutzucker die Funktionsweise von Mitochondrien verändert. Daher beschloss das JHU-Team, einen Blick auf die zugrunde liegenden molekularen Prozesse zu werfen.

Großer Unterschied in den mitochondrialen Enzymkonzentrationen zwischen diabetischen und nichtdiabetischen Ratten

Für ihre Studie verglich das Team die Enzyme in Mitochondrien von den Herzen von Ratten mit Diabetes zu denen von gesunden Rattenherzen.

Sie konzentrierten sich auf zwei Enzyme, die ein Molekül namens O-GlcNAc zu und von Proteinen hinzufügen und entfernen.

Prof. Harts Gruppe hat in den letzten 30 Jahren erforscht, wie Zellen O-GlcNAc zur Steuerung der Nährstoff- und Energieverarbeitung nutzen.

Sie fanden heraus, dass eines der Enzyme - die O-GlcNAc-Transferase, die das Molekül zu Proteinen hinzufügt - in höheren Konzentrationen in den Mitochondrien diabetischer Ratten vorhanden war. Gleichzeitig waren die Spiegel des anderen Enzyms - O-GlcNAcase, das das Molekül von Proteinen entfernt - niedriger.

Erstautor Dr. Partha Banerjee, eine Postdoc in Hart's Labor, die die Experimente durchgeführt hat, stellt ihre Überraschung fest:

"Wir haben erwartet, dass die Enzymwerte bei Diabetes unterschiedlich sind, aber wir haben nicht den großen Unterschied erwartet, den wir gesehen haben."

Das Team fand auch heraus, dass die O-GlcNAc-Transferase an einer anderen Stelle in den Mitochondrien der diabetischen Tiere war. Anstatt in die Wände der Mitochondrien eingebettet zu sein, fanden sie, dass viel von dem Enzym nach innen gewandert war.

Nettoeffekt ist, die Effizienz der Energieproduktion in Mitochondrien zu verringern

Die Studie zeigt auch, wie die beiden Enzyme eine andere wichtige Rolle in den Mitochondrien spielen, wie zum Beispiel die Produktion chemischer Energieeinheiten in Form von ATP.

Prof. Hart sagt, dass der Nettoeffekt dieser O-GlcNAc-bedingten Veränderungen darin besteht, die Effizienz der Energieproduktion in den Mitochondrien zu verringern, was dazu führt, dass sie mehr Wärme und schädigende Moleküle produzieren.

Dies bewirkt, dass die Leber Antioxidantien auslöst, um die schädigenden Moleküle zu neutralisieren, was wiederum mehr Glukose produziert und den Blutzucker weiter spiralförmig macht.

Prof. Hart schlägt vor, dass das Ergebnis zu neuen Behandlungen zur Vorbeugung und Behandlung von Diabetes führen könnte, die auf die O-GlcNAc-Enzyme abzielen.

Die Mittel für die Studie kamen vom National Heart, Lung and Blood Institute und vom National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases.

Prof. Hart erklärte ein kommerzielles Interesse an der Studie - er erhält Lizenzgebühren für den Verkauf eines der in den Experimenten verwendeten Antikörper.

Inzwischen entdecken Wissenschaftler, dass Mitochondrien mehr tun, als Zellen mit Energie zu versorgen.

Beispielsweise, Medizinische Nachrichten heute vor kurzem von einer Studie in Nature Zellbiologie, geleitet von Forschern des NYU Langone Medical Center, NY, die zeigen, wie Mitochondrien die Entwicklung von Stammzellen steuern.

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