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Ein Molekül reicht, um eine fatale Kette von Ereignissen in Gang zu setzen, die letztlich zu tödlichem Herzversagen führen können. Zellbiologen an der ETH Zürich haben herausgefunden, warum der Herzmuskel unter Sauerstoffmangel Energie aus Zucker gewinnt und Fett in Zellen einlagert.
Herzversagen ist eine der häufigsten Todesursachen weltweit - betroffen sind vor allem Diabetiker und fettleibige Menschen. Das Herz muss bei übergewichtigen Menschen mehr arbeiten, um das Blut in den Kreislauf zu pumpen. Der Blutdruck steigt. Das Herz selbst vergrössert sich, indem die Herz-Muskelzellen an Masse zunehmen. Damit das Herz wachsen kann, muss die Energie- und Sauerstoffversorgung ebenfalls zunehmen. Bis aber genügend Blutgefässe gewachsen sind, die das Gewebe versorgen, leiden Herz-Muskelzellen unter Sauerstoffmangel.
Dies ist der kritische Moment, in dem die Zellen ihren Stoffwechsel umstellen. Ein gesundes Herz verbrennt vor allem Fett. Die krankhaft vergrösserte Herz-Muskelzellen verbrennen hingegen Zucker in Form von Glucose, weil diese Energieform unter Sauerstoffmangel rasch Energie liefern kann. Verantwortlich für diese Umstellung auf die Zuckerverbrennung ist das Protein HIF1-alpha. Dies zeigt eine Forschungsarbeit von Jaya Krishnan aus der Gruppe von Wilhelm Krek, Professor für Zellbiologie der ETH Zürich, die soeben in der Fachzeitschrift "Cell Metabolism" publiziert wurde.
Zellen verfetten und sterben ab
Doch HIF1-alpha führt nicht nur zu verändertem Stoffwechsel, es aktiviert auch andere Gene. Eines der von HIF1-alpha regulierten Gene heisst PPARgamma. Es sorgt, zusammen mit HIF1-alpha, dafür, dass die Herzzellen Zucker in Fett umwandeln und dieses einlagern. Als Folge davon verfetten die Zellen und sterben ab. Die Herzmuskelkontraktion ist gestört, was zu tödlichem Herzversagen führen kann. Mit HIF1-alpha haben die Forscher ein Protein identifiziert, dessen Wirkung aber nicht nur im Zusammenhang mit Herzversagen bedeutend ist. Das Protein ist wohl der wichtigste Auslöser, der Zellen dazu veranlasst, Glucose in Fett umzubauen.
Gesundes Herz trotz hohem Blutdruck
Die Forscher um Krek entdeckten Erstaunliches: Mäuse, denen das entsprechende Gen fehlt und bei denen das Protein HIF1-alpha deshalb unwirksam ist, leiden nicht an Herzkrankheiten. Daran ändert sich auch nichts, wenn die Mäuse erhöhten Blutdruck haben. Ihre Herzen werden unter diesen Krankheitsbedingungen auch nicht grösser im Unterschied zu Herzen von normalen Mäusen. Sie verbrennen Fett statt Zucker und ihre Herzfunktion ist vergleichbar mit dem eines gesunden Herzens.
Gleichzeitig konnte das Forschungsteam ein Phänomen erklären, dass vor allem für Diabetiker entscheidend ist: Diabetiker erhalten teilweise PPARgamma-fördernde Medikamente, damit Muskeln und andere Organe auf das Insulin besser ansprechen. In klinischen Studien wurde festgestellt, dass diese Patienten ein höheres Risiko haben an Herzversagen zu sterben. Mit ihrer Arbeit legen Krishnan und Krek erstmals dar, warum diese Medikamente riskant sein könnten.
Traumpille in ferner Zukunft
Um Herzversagen zu bekämpfen, müsste man einen Stoff finden, der sich an das Protein HIF1-alpha bindet, um es zu blockieren. Weil das Protein aber keine enzymatische Aktivität aufweist, dürfte es schwer werden, für HIF1-alpha einen passenden Gegenspieler ausfindig zu machen. Dennoch laufen derzeit Bemühungen, ein entsprechendes Molekül zu entwickeln. An einen raschen Erfolg mag Wilhelm Krek nicht glauben. Dennoch ist er überzeugt, dass mit einem wirksamen Gegenmittel dem Zivilisationsleiden Herzversagen der Schrecken genommen werden könnte.
ETH Zürich
Prof. Wilhelm Krek
Institut für Zellbiologie
Tel +41 44 633 34 47
wilhelm.krek@cell.biol.ethz.ch
Criteria of this press release:
Biology, Chemistry, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing
transregional, national
Research projects, Research results
German
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