Eine fettreiche Ernährung bei Vätern führt bei Töchtern zu einem gestörten Glukosestoffwechsel • Dmitry Kiryukhin • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Genetik, Medizin

Eine Väter-reiche Ernährung führt bei Töchtern zu einem gestörten Glukosestoffwechsel

Zuckerratte. Diese Rattenlinie wurde unter Laborbedingungen erhalten und trägt eine Reihe von Mutationen. Adipositas, reduzierte Muskelmasse, Insulinresistenz, erhöhte Blutglucosespiegel und verstärkte Insulinsekretion sind charakteristisch für solche Ratten. Zucker-Ratten werden als Modelle in der Studie von Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes verwendet. Bild von www.harlan.com

Können äußere Faktoren, die Eltern beeinflussen, die Aktivität von Genen bei ihren Kindern beeinflussen? Wie kann dies mit der Ausbreitung von Stoffwechselstörungen (Fettleibigkeit, Diabetes, Metabolisches Syndrom) in Verbindung gebracht werden? Es ist seit langem bekannt, dass Fettleibigkeit die Entwicklung von Diabetes Mellitus (eine Krankheit, die mit dem Verlust der Fähigkeit der Zellen zur Absorption von Glucose aus dem Blut verbunden ist) provoziert. Daher betrifft Diabetes in der modernen Welt immer mehr Menschen. Forscher aus Australien fanden heraus, dass bei Ratten Adipositas bei Männern dazu führt, dass ihre Töchter einen gestörten Glukosestoffwechsel aufweisen, der für Diabetes charakteristisch ist. Damit einher geht eine Veränderung der Genaktivität, die wahrscheinlich von Vätern an Töchter vererbt wird.

Glukose ist die wichtigste Energiequelle für die Körperzellen.Daher versuchen die Tiere, ihre Konzentration im Blut auf einem konstanten Niveau zu halten. Nach der Einnahme gelangt Glukose in großen Mengen in das Blut und die Zellen müssen diese intensiver als üblich aufnehmen. Die Hauptkonsumenten von Glukose sind Leberzellen, Muskeln und Fettzellen. Damit Glucose die Zellmembran durchdringen kann, muss ein Protein – Glukose – Träger (Glukosetransporter) darin integriert sein. Je mehr Glukosetransporter auf der Zelloberfläche sind, desto intensiver absorbiert es Glukose. Nun, wenn nicht, dann kommt kein Glukosemolekül in die Zelle, egal wie viel es im Blut ist.

Die Anzahl der Moleküle des Glukosetransporters wird durch Insulin reguliert. Dieses Hormon, das auf die Zelle wirkt, löst die Freisetzung neuer Transportermoleküle in die Zellmembran aus und reguliert so die Menge an Glukose im Blut. Daher wird nach einer Mahlzeit aus den β-Zellen des Pankreas, in denen es synthetisiert wird, Insulin in das Blut freigesetzt.

Im Falle der Übertretung des Mechanismus der Regulierung der Glukose im Blut entwickelt sich der Diabetes. Es kann mehrere Gründe dafür geben. Erstens ist es die Zerstörung von β-Zellen (Typ-1-Diabetes oder insulinabhängig).Es kann durch eine Autoimmunerkrankung verursacht werden, bei der der Körper Antikörper gegen seine eigenen Proteine ​​produziert, und dies ist die häufigste Ursache für Typ-1-Diabetes. Zweitens kann die Krankheit mit einer Verletzung der Insulinsynthese durch Zellen, ihrer Sekretion, der Fähigkeit der Zellen, richtig auf das Hormon zu reagieren (Diabetes Typ 2 oder Insulin-unabhängig) verbunden sein. In jedem Fall steigt die Menge an Glukose im Blut und die Zellen wechseln zu alternativen Energiequellen – Fette und Aminosäuren.

Diabetes ist gefährlich, weil er von radikalen Veränderungen im Stoffwechsel begleitet wird. Sie führen zu Sehstörungen, die Nieren, Blutgefäße, diabetisches Koma können sich entwickeln.

Beide Arten von Diabetes werden durch genetische Veranlagung und äußere Faktoren verursacht. Heute steht Typ-2-Diabetes an erster Stelle. Dies wird auf eine Veränderung des Lebensstils eines modernen Menschen zurückgeführt: Sitzende Arbeit und ein hohes Einkommen haben dazu geführt, dass eine Person mehr Kalorien aus der Nahrung bekommt, als sie benötigt. Es verursacht Fettleibigkeit. Im Gegenzug führt Adipositas zu einer Fehlfunktion der Bauchspeicheldrüse,Produktion von Insulin und die Verschlechterung der Fähigkeit von Leberzellen, Muskeln und Fettgewebe, auf dieses Hormon zu reagieren (Insulinresistenz). Bei Fettleibigkeit entwickelt sich daher ein Insulinmangel und eine Insulinresistenz. Daher erhöht der Körper, um den scheinbaren Mangel an Insulin auszugleichen, seine Produktion. Die Belastung der Bauchspeicheldrüse nimmt zu. Insulinresistenz allein führt nicht notwendigerweise zur Entwicklung von Diabetes. Aber wenn die Bauchspeicheldrüse aus irgendeinem Grund den Hormonmangel nicht kompensieren kann, wird es zu einer Krankheit führen.

Offensichtlich bedroht Adipositas nicht nur den Körper selbst, sondern kann auch seinen Nachwuchs schädigen. Heute ist bekannt, dass, wenn die weiblichen Mäuse mit einer großen Menge an Fett gefüttert werden, ihre Nachkommen an Fettleibigkeit und Diabetes leiden werden. Aber wie kann die Lebensweise von Vätern die Gesundheit von Kindern beeinflussen? Kann insbesondere das Verhalten des Vaters bei seinen Nachkommen Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes auslösen?

Forscher aus Australien beschlossen, diese Frage zu beantworten. Sie teilten die Ratten in zwei Gruppen ein, in denen sowohl Weibchen als auch Männchen waren.In der ersten Gruppe erhielten die Männchen Nahrung mit einem hohen Fettgehalt (wir nennen sie die VZhD-Gruppe, die VZhD-Diät mit einem hohen Fettgehalt) und in der zweiten Gruppe die normale Nahrung (Kontrollgruppe). Weibchen in beiden Gruppen erhielten Futter mit einem normalen Fettgehalt. Um über die Auswirkungen der Fütterung von Männchen auf Nachkommen zu schließen, verglichen die Forscher die Nachkommen in diesen Gruppen.

Wie erwartet, waren die Männer, die fetthaltige Nahrungsmittel erhielten, dicker, hatten mehr Fett und verringerten Muskelmasse. Außerdem nahm die Glukosemenge in ihrem Blut nach dem Essen langsamer ab als in der Kontrollgruppe. Diese sogenannte Abnahme der Glukosetoleranz ist eines der charakteristischen Merkmale von Diabetes. Die Insulinmenge im Blut war in der HR-Gruppe höher als in der Kontrollgruppe: Die Bauchspeicheldrüse versuchte, die unzureichende Glukoseaufnahme durch eine große Menge des Hormons auszugleichen. Dies kann letztendlich zu Bauchspeicheldrüsenverschleiß führen. So zeigten die Männchen Anzeichen von Diabetes.

Und welche Veränderungen haben sich bei den Nachkommen ergeben? Es stellte sich heraus, dass unter normalen Ernährungsbedingungen bei Töchtern, die vom männlichen WJD geboren wurden (wir nennen sie "Tochter des WRD"), die Mengen an Glukose und Insulin im Blut normal waren.Dann überprüften die Wissenschaftler, wie solche Weibchen die Assimilation einer großen Menge an Glukose bewältigen, die in einer Mahlzeit erhalten wurde (Test mit Zuckerlast). Es stellte sich heraus, dass die Töchter der VZhD nach der Zuckerbelastung einen höheren Glukosespiegel im Blut aufwiesen als in der Kontrollgruppe (reduzierte Glukosetoleranz). Zur gleichen Zeit war die Insulinmenge im Blut solcher Weibchen fast zweimal niedriger als in der Kontrolle. Mit dem Alter entwickelten sich diese negativen Veränderungen bei den Töchtern von VZhD weiter.

Die beeinträchtigte Fähigkeit, Glukose effizient aus dem Blut zu absorbieren, könnte auf die Unfähigkeit des Pankreas zurückzuführen sein, aufgrund eines Schadens die richtige Menge Insulin zu produzieren. Daher haben die Wissenschaftler in der nächsten Phase der Studie überprüft, ob sich die β-Zellen der Bauchspeicheldrüse, die Insulin produzieren, verändert haben. Diese Zellen sind Teil der Langerhans-Inseln – Cluster von Zellen, die Hormone produzieren. Es stellte sich heraus, dass die Größe dieser Inseln in den WJD-Weibchen abnimmt und der von β-Zellen eingenommene Raum ebenfalls abnimmt. Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass die Anzahl der Zellen ausreicht, um die Glukose auf einem normalen Niveau zu halten, aber sie bewältigen nicht die Synthese von Insulin mit einem starken Anstieg der Glukosemenge im Test mit Zuckerlast.So führte die Fütterung der Männchen mit einer fettreichen Ernährung dazu, dass ihre Töchter weniger insulinproduzierende Zellen hatten. Sie waren daher schlechter mit der Kontrolle der Zuckerkonzentration im Blut fertig geworden.

Kann eine Abnahme der Anzahl der β-Zellen in diesem Experiment auf genetische Ursachen zurückzuführen sein? Wissenschaftler analysierten den Zustand der Gene von Pankreaszellen bei Frauen von B. Es stellte sich heraus, dass sich die Arbeit von 642 Genen verändert hat. Bei Tieren sind sie verantwortlich für den Stoffwechsel von Glukose und Insulin, den Transport von Substanzen in der Zelle und deren Struktur. Die Mechanismen, die von diesen Genen gesteuert werden, sind an der Entwicklung des Pankreas und der Sekretion von Insulin aus den Zellen beteiligt, in denen es synthetisiert wird. Die Expression des Gens veränderte sich am meisten Il13ra2. Dieses Gen kodiert eines der Proteinmoleküle, die den Interleukin-13-Rezeptor bilden (Il13ra2 steht für "Interleukin 13-Rezeptor, Alpha 2", d. h. Interleukin-13-Rezeptor, Alphakette 2). Interleukin-13 spielt eine Rolle bei der Entwicklung der Immunantwort. Darüber hinaus ist bekannt, dass eine große Menge des Interleukin-13-Rezeptors in Krebszellen gefunden wird, die aus Pankreaszellen entwickelt wurden.Es ist unklar, welche Rolle die erhöhte Aktivität dieses Rezeptor-Gens bei der Zerstörung von β-Zellen spielt. Es ist offensichtlich, dass die Unterbrechung der Arbeit eines Komplexes von Genen für den Tod von β-Zellen verantwortlich ist. Die Aufklärung dieses Mechanismus ist Gegenstand weiterer Forschung.

In der Zwischenzeit haben sich Wissenschaftler gefragt, was die Arbeit des Gens stärker gemacht hat. Il13ra2. Es stellte sich heraus, dass bei gesunden Mäusen, im Gegensatz zu Töchtern der VZhD, ein Teil dieses Gens in besonderer Weise verändert wurde: Die Methylgruppe wurde in das Cytosin eingeführt (dies wird als Methylierung bezeichnet). Wo Cytosin in kranken Mäusen in dem DNA-Molekül ist, wird in gesunden Mäusen Methylcytosin gefunden. Von Genen, deren Regionen methyliert sind, ist RNA nicht mehr lesbar, daher gibt es keine entsprechenden Proteine ​​mehr. Es stellt sich heraus, dass das Gen bei Patienten mit Mäusen aktiviert wird, weil die Modifikation, die seine Aktivität hemmt, verloren geht. Der Mechanismus der Methylierung ist Biologen wohlbekannt – er sorgt für die Regulation der Genaktivität nicht nur im Organismus selbst, sondern auch in seinen Nachkommen. Die Genmethylierung kann in mehreren Generationen reproduziert und von Eltern an Kinder übertragen werden. Ein solcher Vererbungsmechanismus hängt nicht von der Buchstabenfolge in der DNA ab, sondern wird als epigenetische Vererbung bezeichnet.

Daher führt eine fettreiche Ernährung bei Vätern zu einer Störung der Aktivität einer Reihe von Genen in ihren Töchtern. Die Folge davon ist eine Verletzung der Entwicklung von β-Zellen, die Insulin produzieren, und daher besteht ein Mangel an Insulin und ein Verlust der Fähigkeit, die Menge an Glukose im Blut zu kontrollieren. Der Mechanismus der Übertragung von Verletzungen von Eltern auf Kinder ist noch unklar. Offensichtlich muss es mit Veränderungen im Zustand der Spermien-DNA assoziiert sein. Dies sind höchstwahrscheinlich epigenetische Veränderungen, da Fehlfunktionen bei Töchtern nicht zufällig sind (zufällige Veränderungen sind charakteristisch für Mutationen, dh Veränderungen der "Buchstaben" der DNA). Es wäre interessant zu wissen, wie reversibel die Wirkungen von WZhD sind, sowie die Dauer einer solchen Diät, die für die Entwicklung von Abweichungen bei den Nachkommen notwendig ist. Die Frage bleibt, warum die Verstöße hauptsächlich bei Frauen entdeckt wurden.

Wir müssen verstehen, wie der Lebensstil der heutigen Generationen die Gesundheit der Nachkommen beeinflusst. In der modernen Welt ist die Verbreitung von Stoffwechselerkrankungen (Diabetes, metabolisches Syndrom, Fettleibigkeit) epidemischer Natur.Können die epigenetischen Mechanismen der Vererbung dies erklären? Weitere Forschung sollte diese Frage beantworten.

Quelle: Sheau-Fang Ng, Ruby C. Y. Lin, D. Ross Laybutt, Romain Barres, Julie A. Owens, Margaret J. Morris. Chronische fettreiche Ernährung bei Vätern programmiert β-Zell-Dysfunktion bei weiblichen Rattennachwuchs // Natur. 2010. V. 467. P. 963-967.

Dmitry Kiryukhin


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