Enthüllung der Geheimnisse der Fettspeicherung

Von der Universität Bonn, 4. April 2023

Fetttröpfchen in der Fettzelle einer Maus: Die Membran der Tröpfchen war grün gefärbt, das darin gespeicherte Fett war rot gefärbt. Bildnachweis: Johanna Spandl / Universität Bonn

Fettzellen nutzen Fettmoleküle als Energiespeicher. Diese Moleküle bestehen aus drei Fettsäuren, die an ein Glycerin-Rückgrat gebunden sind, und werden allgemein als Triglyceride bezeichnet. Lange glaubte man, dass sich diese Moleküle während der Lagerung ständig verändern und regelmäßig abgebaut und wieder aufgebaut werden – ein Prozess, der als „Triglyceridkreislauf“ bekannt ist. Aber ist diese Annahme wahr, und wenn ja, welchen Zweck verfolgt dieser Prozess?

„Auf diese Fragen gibt es bisher keine wirkliche Antwort“, erklärt Prof. Dr. Christoph Thiele vom LIMES-Institut der Universität Bonn. „Es stimmt, dass es seit 50 Jahren indirekte Beweise für diesen dauerhaften Wiederaufbau gibt. Direkte Beweise hierfür fehlen jedoch bisher.“

Das Problem: Um zu beweisen, dass Triglyceride abgebaut und Fettsäuren verändert und wieder in neue Moleküle eingebaut werden, müsste man ihre Umwandlung auf ihrem Weg durch den Körper verfolgen. Dennoch gibt es in jeder Zelle Tausende verschiedener Formen von Triglyceriden. Den Überblick über einzelne Fettsäuren zu behalten ist daher äußerst schwierig.

„Wir haben jedoch eine Methode entwickelt, mit der wir Fettsäuren mit einer speziellen Kennzeichnung versehen und so unverwechselbar machen können“, sagt Thiele. Seine Forschungsgruppe markierte auf diese Weise verschiedene Fettsäuren und fügte sie in einem Nährmedium den Fettzellen von Mäusen hinzu. Anschließend bauten die Mauszellen die markierten Moleküle in Triglyceride ein.

“We were able to show that these triglycerides do not remain unchanged, but are continuously degraded and remodeled: Each fatty acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Etwa zweimal am Tag wird Säure abgespalten und wieder an ein anderes Fettmolekül gebunden“, erklärt der Forscher.

Aber warum ist das so? Denn diese Umwandlung kostet Energie, die als Abwärme freigesetzt wird – was hat die Zelle davon? Bisher ging man davon aus, dass die Zelle diesen Prozess benötigt, um die Speicherung und Bereitstellung von Energie auszugleichen. Oder vielleicht ist es einfach eine Möglichkeit für den Körper, Wärme zu erzeugen.

„Unsere Ergebnisse deuten nun auf eine völlig andere Erklärung hin“, erklärt Thiele. „Es ist möglich, dass die Fette im Laufe dieses Prozesses in das umgewandelt werden, was der Körper benötigt.“

Schlecht verwertbare Fettsäuren würden folglich zu höherwertigen Varianten veredelt und in dieser Form bis zu ihrem Bedarf gespeichert.

Fettsäuren bestehen größtenteils aus Kohlenstoffatomen, die wie die Waggons eines Zuges hintereinander hängen. Ihre Länge kann sehr unterschiedlich sein: Manche bestehen nur aus zehn Kohlenstoffatomen, andere aus 16 oder sogar mehr. In ihrer Studie stellten die Forscher drei verschiedene Fettsäuren her und markierten sie. Einer von ihnen war elf, der zweite 16 und der dritte 18 Kohlenstoffatome lang.

„Diese Kettenlängen kommen typischerweise auch in Lebensmitteln vor“, erklärt Thiele.

Durch die Markierung konnten die Forscher genau verfolgen, was mit den Fettsäuren unterschiedlicher Länge in der Zelle passiert. Dabei zeigte sich, dass die aus elf Kohlenstoffatomen bestehenden Fettsäuren zunächst in Triglyceride eingebaut wurden. Nach kurzer Zeit wurden sie jedoch wieder abgespalten und aus der Zelle geleitet. Nach zwei Tagen waren sie nicht mehr nachweisbar. „Solche kürzeren Fettsäuren sind für Zellen schlecht verwertbar und können sie sogar schädigen“, sagt Thiele, der auch Mitglied des Exzellenzclusters ImmunoSensation2 ist. „Deshalb werden sie schnell entsorgt.“

In contrast, the 16- and 18-atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Atomfettsäuren blieben in der Zelle, allerdings nicht in ihren ursprünglichen Fettmolekülen. Sie wurden auch nach und nach chemisch verändert, beispielsweise durch den Einbau zusätzlicher Kohlenstoffatome. In den ursprünglichen Fettsäuren waren die Kohlenstoffatome zudem durch Einfachbindungen verknüpft – etwa wie eine Menschenkette, in der sich Nachbarn die Hände reichen. Im Laufe der Zeit entwickelten sich daraus manchmal Doppelbindungen – so, als würden die Feiernden auf einer Party eine Conga spielen. Die dabei entstehenden Fettsäuren werden als ungesättigt bezeichnet. Sie sind für den Körper besser verwertbar.

„Insgesamt produzieren die Zellen auf diese Weise Fettsäuren, die für den Organismus vorteilhafter sind als diejenigen, die wir ursprünglich mit der Nährlösung zugeführt hatten“, betont Thiele. Langfristig führt dies beispielsweise dazu, dass aus Palmitat, wie es im Palmfett enthalten ist, Ölsäure entsteht, ein Bestandteil von hochwertigem Olivenöl. Allerdings kann die Zelle die Fettsäuren nicht verändern, solange sie sich im Fettmolekül befinden. Sie müssen zunächst abgespalten, dann verändert und schließlich wieder angeheftet werden. Thiele: „Ohne Triglycerid-Cycling gibt es auch keine Fettsäuremodifikation.“

Fettgewebe kann daher die Triglyceride verbessern. Wenn wir Lebensmittel mit ungünstigen Fettsäuren zu uns nehmen und aufbewahren, müssen diese bei Hunger nicht in diesem Zustand wieder freigesetzt werden. Was wir zurückbekommen, enthält weniger „kurze“ Fettsäuren, mehr Ölsäure (statt Palmitat) und mehr der wichtigen Arachidonsäure (statt Linolsäure). „Dennoch sollten wir bei unserer Ernährung darauf achten, möglichst viele hochwertige Nahrungsfette zu uns zu nehmen“, betont der Forscher.

Denn die Veredelung klappt nie zu 100 Prozent. Zudem werden einige der Fettsäuren nicht gespeichert, sondern direkt im Körper verwertet. Im nächsten Schritt wollen die Forscher nun testen, ob im menschlichen Fettgewebe die gleichen Prozesse ablaufen wie in einzelnen Fettzellen der Maus im Reagenzglas. Außerdem wollen sie herausfinden, welche Enzyme dafür sorgen, dass Radfahren funktioniert.

Referenz: „Triglycerid-Cycling ermöglicht Modifikation gespeicherter Fettsäuren“ von Klaus Wunderling, Jelena Zurkovic, Fabian Zink, Lars Kuerschner und Christoph Thiele, 3. April 2023, Nature Metabolism.DOI: 10.1038/s42255-023-00769-z

Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.