Molekulare Ernährungsmedizin

Am Lehrstuhl für Molekulare Ernährungsmedizin der Technischen Universität München (TUM) steht die molekulare Interaktion zwischen Nahrung und Körper im Zentrum der Forschung.

Prof. Dr. Martin Klingenspor

Am Lehrstuhl für Molekulare Ernährungsmedizin der Technischen Universität München (TUM) steht die molekulare Interaktion zwischen Nahrung und Körper im Zentrum der Forschung.

Das Team um Prof. Dr. Martin Klingenspor untersucht, wie Nahrungsbestandteile, z.B. Proteine, Fette und Kohlenhydrate, die Zellen unseres Körpers beeinflussen und welche Auswirkungen diese Wechselwirkungen auf unsere Gesundheit haben. Ziel ist es, die Mechanismen zu verstehen, wie diese Moleküle in Zellen agieren, Signale übertragen und die Funktionen des Körpers sowohl im gesunden als auch im kranken Zustand steuern. Diese Erkenntnisse sind nicht nur grundlegend für das Verständnis biologischer Prozesse. Sie zielen insbesondere darauf ab, präventive und therapeutische Ernährungsstrategien zu entwickeln.

Stoffwechsel des braunen Fettgewebes

Ein aktueller Forschungsschwerpunkt des Lehrstuhls ist das braune Fettgewebe (Brown Adipose Tissue, BAT), das eine Schlüsselrolle in der Regulation des Energiestoffwechsels zu spielen scheint. Dieses Gewebe ist auf Wärmebildung spezialisiert.

Damit unterscheidet sich das braune Fettgewebe grundlegend von dem bekannteren weißen Fettgewebe, das als Fettspeicher für Zeiten knapper Energieversorgung dient.

Die Mitochondrien der braunen Fettzellen sind mit einem einzigartigen biochemischen Mechanismus ausgestattet, der die chemische Energie von Zucker und Fettsäuren direkt als Wärme freisetzt. Diese Zellen gehen alles andere als sparsam mit unseren Energieressourcen um und befördern damit einen gesunden Stoffwechsel.

Seitdem 2009 entdeckt wurde, dass die Aktivität des braunen Fettgewebes sowohl mit dem Alter als auch bei Menschen mit Adipositas und Diabetes abnimmt, wurde die Forschung über mögliche Auswirkungen auf die metabolische Gesundheit intensiviert. Doktorandinnen am EKFZ forschen an molekularen Prozessen der Differenzierung brauner Fettzellen (P09), der Proteostase in den Mitochondrien (P14), die als Heizkraftwerke der Zellen dienen, und alternativen Mechanismen der Thermogenese (P17).

Eine vom EKFZ mitfinanzierte Doktorarbeit ergab, dass ernährungsbedingte Fettleibigkeit eine irreversible Störung der Mitochondrien in Adipozyten zur Folge hat. Die verminderte Mitochondrien-Dichte und Kapazität zur oxidativen Phosphorylierung im abdominalen Fettgewebe zeigte keine Erholung nach vollständiger Normalisierung von Gewicht und Körperfettgehalt.

Parakrine Fibroblasten-Wachstumsfaktoren als metabolische Botenstoffe zwischen Fettzellen

Projektleitung: PD Dr. Tobias Fromme

Das thermogene Entkopplungsprotein 1 (UCP1) ist das einzigartige Merkmal vollständig differenzierter brauner Adipozyten. Mehrere parakrine Fibroblasten-Wachstumsfaktoren (FGF) induzieren die Expression von UCP1 in undifferenzierten Prä-Adipozyten. In diesem Projekt wollen wir den spezifischen FGF bestimmen, der diese Signalachse dominiert, den Ursprung dieses Faktors identifizieren und so alle Komponenten dieses neuartigen Signalnetzwerks im Fettgewebe entschlüsseln. Darüber hinaus werden wir UCP1-exprimierende Prä-Adipozyten als neuartiges Modell einsetzen, um die Wirksamkeit von UCP1-interagierenden Proteinen zu untersuchen.

Katharina Küllmer

Funktion des „Unfolded Protein Response“ in Mitochondrien der weißen und braunen Fettzellen für die Glukosehomöostase

Projektleitung: Dr. Eva Rath und Prof. Martin Klingenspor

Die mitochondriale „Unfolded Protein Response“ (MT-UPR) erhält die Proteostase und Funktion dieser Zellorganellen. In Fettzellen können Störungen der mitochondrialen Proteostase die systemische Glukosetoleranz auf bisher unbekannte Weise beeinträchtigen. Verminderte Glukoseaufnahme, reduzierte Differenzierung thermogener „beiger“ Fettzellen oder endokrine Signale an entfernte Gewebe könnten hierbei eine Rolle spielen. Mit Hilfe neuer Knockout-Mausmodelle, Induktion ernährungsbedingter Fettleibigkeit und Behandlungen mit pharmakologisch relevanten Substanzen in Zellkultur und in vivo zielt das Projekt darauf ab, die Rolle der MT-UPR-Signalübertragung für den Stoffwechsel der Fettzellen in WAT und BAT und die Aufrechterhaltung der systemischen Glukosehomöostase zu entschlüsseln.

Hildigunnur Hermannsdottir

Die Rolle des Fettsäure/Triglycerid-Zyklus für mitochondriale Integrität, zelluläre Vitalität und Thermogenese der Fettzellen

Projektleitung: Prof. Dr. Martin Klingenspor

Braune Adipozyten, denen das Entkopplungsprotein 1 fehlt, rekrutieren einen scheinbar nutzlosen Fettsäure/Triglycerid-Zyklus (FA/TG) für die Thermogenese. Dieser nutzlose Zyklus kann den intrazellulären Gehalt an freien Fettsäuren kontrollieren und dadurch Lipotoxizität verhindern. Wir wollen die Rolle der zuvor identifizierten Schlüsselenzyme aufklären und die wechselseitige Beziehung zwischen der Interaktion zwischen Lipidtröpfchen und Mitochondrien und dem FA/TG-Zyklus untersuchen. Wir werden die Auswirkungen des FA/TG-Zyklus auf das zelluläre Lipidom, den Organellen- und zellulären Crosstalk sowie den Energieaufwand aufklären.

Mersiha Hasic

Sonderforschungsbereich BATenergy

Prof. Dr. Martin Klingenspor und Privatdozent Dr. Tobias Fromme sind mit weiteren Wissenschaftler am EKFZ Mitglieder des Transregio Sonderforschungsbereichs BATenergy. Der Forschungsverbund bringt Stoffwechselexperten in Deutschland zusammen, die an der Technischen Universität München, dem Helmholtz München und den Universitäten in Bonn und Hamburg forschen. Seit 2022 werden 19 BATenergy-Projekte von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Vier davon sind in der Molekularen Ernährungsmedizin des EKFZ an der TU München angesiedelt.

Außerdem leitet Prof. Klingenspor ein in BATenergy integriertes Graduiertenkolleg (IRTG, Integrated Research Training Group), das Doktoranden ein grundständiges und projektbezogenes Trainingsprogramm für ihre speziellen Forschungstätigkeiten organisiert und sie durch Vernetzungs- und Internationalisierungsmaßnahmen auf ihre akademische Laufbahn als Wissenschaftler in Forschung und Industrie vorbereitet.

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