Stoffwechsel: Studie entschlüsselt neue Details über die Insulinproduktion

Wie reguliert der Körper die Aktivität von Insulin produzierende Zellen, um schnell auf veränderte Bedingungen reagieren zu können? Dieser Frage ist ein Forschungsteam der Universität Würzburg nachgegangen.

Wissenschaftler der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) haben jetzt einen genauen Blick auf die Insulin produzierenden Zellen der Fruchtfliege geworfen. Sie wollten herausfinden, wie diese Zellen mit anderen Neuronen im Gehirn der Fliege zusammenarbeiten, um eine konzertierte Reaktion auf Stoffwechselanforderungen und interne Zustandsänderungen zu erzeugen. Verantwortlich für die Studie ist Dr. Jan M. Ache, Leiter einer Emmy-Noether-Gruppe am Lehrstuhl für Neurobiologie und Genetik im Biozentrum der JMU. Die Studienergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Journal „eLife“ publiziert.

Aktivität einzelner Zellen verfolgt

Wie reagieren Insulin produzierende Zellen (IPC) in lebenden Insekten auf Änderungen des Energiehaushalts? Darüber ist bislang wenig bekannt. Um diese Wissenslücke zu schließen, verwendete das Team von Ache einen Ansatz, mit dem sich die Aktivität einzelner IPC in lebenden Fruchtfliegen unter verschiedenen Bedingungen aufzeichnen lässt. Dabei kam heraus, dass die IPCs Insulin freisetzen, wenn die Fliegen Zucker mit der Nahrung aufnehmen – aber nicht, wenn sie den Zucker direkt in die Hämolymphe injiziert bekommen.

„Beim Menschen ist dieses Phänomen als Inkretin-Effekt bekannt“, erklärt Ache. Es deute darauf hin, dass die Insulinausschüttung nicht einfach nur durch das Ansteigen des Blutzuckerspiegels gesteuert wird, sondern durch komplexere Mechanismen, an denen Darmhormone beteiligt sind.

Das JMU-Team fand auch heraus, dass die Aktivität der IPCs bei älteren Fliegen viel geringer ist. Womöglich ändert sich mit dem Alter der Insekten also die Art und Weise, wie sie Zucker verarbeiten – auch das ist bei Menschen ähnlich.

Einfluss auf das Futtersuchverhalten erforscht

Das Futtersuchverhalten der Fruchtfliegen hängt eng mit Schwankungen ihrer Energiereserven zusammen, die wiederum mit der Insulinausschüttung gekoppelt sind. Auch zu diesen Zusammenhängen wollte das Würzburger Team mehr wissen. Die Forschenden stimulierten darum die IPCs auf optogenetischem Weg – so ahmten sie das nach, was normalerweise nach einer Mahlzeit und einem Anstieg des Zuckerspiegels geschieht. Es zeigte sich, dass die Insulin produzierenden Zellen im Vergleich zu anderen Nervenzellen bei der Modulation des Futtersuchverhaltens nur eine geringe Rolle spielen.

Studien könnten für Menschen relevant sein

„Mit unseren Experimenten haben wir das Wissen über die Schaltkreise verfeinert, die bei Fruchtfliegen die Insulinausschüttung steuern“, so Ache. Das ermögliche nun weitere Untersuchungen, die am Ende auch zu Erkenntnissen führen könnten, die für die menschliche Gesundheit und Krankheiten wie Diabetes relevant sind. Rein äußerlich unterscheiden sich Mensch und Fruchtfliege zwar deutlich, doch in ihrer Genetik und ihrem Stoffwechsel haben sie einige Gemeinsamkeiten, unter anderem bei der Funktion des Nervensystems und der Regulation des Stoffwechsels.