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Stoffwechsel im Alterungsprozess, bei Diabetes und Übergewicht

Warum entsteht Hunger im Gehirn? Auch Fettleibigkeit und Diabetes sind von neuronalen Schaltprozessen abhängig. Der Forschungsbereich F erforscht metabolische Signalwege, d.h. die Stoffwechselprozesse, die durch Nahrungsaufnahme und Energieverbrauch reguliert werden. Diese Signalwege haben in der Entstehung altersassoziierter Erkrankungen eine komplexe Funktion.
Das TOR Signalnetzwerk leitet entscheidende Stoffwechselsignale weiter. Sie haben eine wichtige Funktion für die Entwicklung, das Wachstum, die Stressresistenz, die Fruchtbarkeit ebenso wie für die Alterungsprozesse von Menschen und sog. Forschungs-Modellorganismen wie z.B. Würmern oder Fliegen.

Prozesse wie die Insulin-Signal-Kaskade sind entscheidend für die Regulation der Lebensspanne. Eine verringerte Signalaktivität dieses metabolischen Signalnetzwerks kann die Lebensspanne erhöhen, die Funktion und die Gesundheit im Alter verbessern und gegen altersassoziierte Erkrankungen wie z.B. Diabetes schützen. Im Gegensatz dazu führt eine veränderte Insulin-Signalbildung jedoch auch zu Adipositas und Typ 2 Diabetes mellitus (T2DM).
Viele Moleküle in dem Insulin/Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktor/TOR Signalnetzwerk sind potentielle Arzneimittelziele und tatsächlich erhöht Rapamycin, ein wirksamer und spezifischer Hemmstoff der Kinase-Enzyme des TOR-Netzwerkes, die Lebensspanne von Fruchtfliegen und Mäusen.

Daher ist es essentiell die genauen Veränderungen in der Signalgebung, der Genexpression und Physiologie zu identifizieren, die die Gesundheit stärken und die Nebenwirkungen minimieren. Das zentrale Nervensystem (ZNS) nimmt eine Schlüsselrolle in der Regulation des peripheren Stoffwechsels ein. Die Bestimmung dieser aktiven Mechanismen wie auch die Identifizierung anderer peripherer Gewebe, die Stoffwechselsignale weiter verarbeiten und vermitteln, wird neue Arzneimittelziele aufzeigen.

Daraus leitet CECAD Forschungsprojekte in drei Bereichen ab:

  1. Systembiologie der Stoffwechsel-Signalprozesse
  2. Neuronale Schaltkreise und Stoffwechsel-Signalprozesse
  3. Neue (non-standard) Gewebearten als Ziele für Stoffwechsel-Signalprozesse

Die Forschung von CECAD hat eine hohe gesellschaftliche Relevanz, denn Übergewicht in westlichen Gesellschaften nimmt zu, ca. 30% der Bevölkerung ist davon betroffen. Ein zu hoher Fettanteil und Übergewicht sind direkt mit der Entstehung von Insulin-Resistenz, in der Folge mit Typ2-Diabetes und diabetischen Komplikationen und einer Reihe von Hautproblemen verbunden. Dadurch entstehen volkswirtschaftlich hohe Kosten.

Prof. Dr. Jens C. Brüning
CECAD Coordinator – Head of Research Area F, Principal Investigator – MPI for Metabolism Research
Tel.  +49 221 4726 202
bruening[at]nf.mpg.de


Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung
Gleuler Str. 50
50931 Köln
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Jens C. Brüning

Prof. Dr. Linda Partridge
Head of Research Area F – Principal Investigator, Director of the Max Planck Institute for Biology of Ageing
Tel.  +40 (0) 221 4726 0
info[at]age.mpg.de

Max-Planck-Institut für Biolgie des Alterns
Gleueler Str. 50 A
50931 Köln
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Linda Partridge
Video

Film (02:10, Deutsche Fassung)
Bitte klicken, um den Film zu starten.

Figures
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Figure 7
 

Figure 1: Important diagnostic: Magnetic Resonance Imaging

Figure 2: How does the reward circuitry work? What are the characteristic features of the nerve cells involved? Researchers at CECAD locate individual nerve cells and use techniques such as patch-clamp recordings to study their properties (shown here in the picture).

Figure 3: In the laboratory Drosophila melanogaster is kept in vials.

Figure 4: What is measured on an MRI? The human brain and its structure can be viewed under MRI. With the aid of a functional scanner, it is also possible to measure brain activity, e.g. in the reward center.

Figure 5: Focusing on neurons. Antibody staining of dopamine-secreting nerve cells of the midbrain – some of them are part of the limbic reward center (shown here in green).

Figure 6: A fruit fly (Drosophila melanogaster) on a grape (picture by courtesy of Sebastian Grönke).

Figure 7: Unraveling metabolism in aging, diabetes, obesity: The human brain plays a crucial role in metabolic signaling leading to aging-associated diseases.