Epigenetik

Mütterliche Ernährung beeinflusst Stoffwechsel der Nachkommen

Wie eine Studie unter Führung des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung (DIfE) nun an Mäusen zeigt, führt eine fettreiche Ernährung während der Trag- und Stillzeit zu epigenetischen* Veränderungen bei den Nachkommen.

DNA-Methylierungen entstehen, wenn Methylgruppen an die DNA binden. Diese können Gene entweder aktivieren oder deaktivieren. Nukleosom: Acht Histonproteine bilden den Kern eines Nukleosoms, auf das 147 Basenpaare eines DNA-Stranges aufgewickelt sind. Histon-Ende: Die Enden der Histone ragen aus dem Nukleosom heraus und können durch epigenetische Faktoren modifiziert werden. Hierdurch wird die Bindung der DNA an das entsprechende Nukleosom verändert, so dass die DNA z.B. für Transkriptionsenzyme zugänglich und ein bestimmtes Gen aktiviert wird. Epigenetische Faktoren verändern Histon-Enden, indem sie z.B. Methyl- oder Acetylgruppen auf Lysin-Seitenketten übertragen. Dies kann die Aktivierung eines Gens erschweren bzw. erleichtern. Die direkte Methylierung der DNA verändert dann dauerhaft die Genexpression, wenn sie in Steuerbereichen von Genen erfolgt (sogenannten CpG-Inseln), die durch die Modifikation der Histone zugänglich gemacht wurden. ((© pigurdesign / DIfE)

Diese Änderungen beeinflussen Stoffwechselwege, die durch das Darmhormon GIP** reguliert sind, wodurch die erwachsenen Nachkommen empfänglicher für Übergewicht und Insulinresistenz werden, der Vorstufe zum Typ-2-Diabetes. Ähnliche Mechanismen seien beim Menschen nicht auszuschließen, so Andreas F. H. Pfeiffer, Leiter der Abteilung Klinische Ernährung am DIfE.

Die Studie ist ein interdisziplinäres Kooperationsprojekt des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD), an dem neben Wissenschaftlern des DIfE auch Forscher des Helmholtz Zentrums München beteiligt waren. Das Wissenschaftlerteam um Andreas F. H. Pfeiffer und die Erstautoren Michael Kruse und Farnaz Keyhani-Nejad publizierte seine Ergebnisse kürzlich in der Fachzeitschrift Diabetes (Kruse et al., 2016; 65:1-11; DOI: 10.2337/db15-0478).

Wie Wissenschaftler weltweit beobachten, besitzen Kinder von adipösen Müttern ein höheres Risiko für Übergewicht und Stoffwechselerkrankungen. Neuere Studienergebnisse lassen annehmen, dass als Ursache hierfür auch ernährungsbedingte epigenetische Effekte eine Rolle spielen könnten. Da Mensch und Maus genetisch sehr ähnlich sind, nutzen viele Wissenschaftler Mausmodelle, um solche Zusammenhänge unter kontrollierten Bedingungen zu erforschen. Am Menschen sind solche Studien nicht möglich.

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Im Fokus der aktuellen Studie standen dabei die epigenetischen Effekte auf die GIP-regulierten Stoffwechselwege, die während der Schwangerschaft und Stillzeit durch die Ernährung ausgelöst werden. GIP ist ein Hormon, das der Darm nach der Nahrungsaufnahme freisetzt und welches die Insulinausschüttung aus der Bauchspeicheldrüse stimuliert.

Es beeinflusst den Stoffwechsel von Fettzellen sowie die Fettverbrennung in der Skelettmuskulatur und fördert als anaboles Hormon den Aufbau von Körpermasse. Seine Effekte vermittelt GIP über den sogenannten GIP-Rezeptor. Fehlt dieser wie bei der Gipr-/--Maus, so kann das Hormon seine natürliche Wirkung nicht mehr entfalten und die Tiere sind normalerweise vor Übergewicht und Insulinresistenz geschützt. Da sich die GIP-regulierten Stoffwechselwege anhand des Gipr-/--Mausmodells gut untersuchen lassen, verwendeten die Forscher diesen Mausstamm für ihre Studie. Als Kontrolle diente der Wildtyp-Stamm des Mausmodells.

Zunächst teilten die Forscher die Mausmütter in drei Gruppen ein, die während der Trag- und Stillzeit unterschiedliches Futter erhielten:

Gruppe 1: Gipr-/--Mäuse, die fettreiches Futter erhielten.

Gruppe 2: Gipr-/--Mäuse, die normales Futter erhielten.

Gruppe 3: Wildtyp-Mäuse mit intaktem GIP-Rezeptor, die normales Futter erhielten.

Alle Nachkommen der drei Gruppen bekamen nach dem Abstillen für 22 Wochen normales Futter und im Anschluss daran für weitere 20 Wochen eine fettreiche Kost.

Wie die Wissenschaftler beobachteten, nahmen die erwachsenen Nachkommen der Gruppe 1 und 3 unter der 20-wöchigen fettreichen Diät deutlich an Fettmasse zu, obwohl sie weniger fraßen als der Nachwuchs von Gruppe 2.

Ebenso hatten sie erhöhte Cholesterin-, Zucker- und Insulinspiegel im Blut, wiesen vermehrt entzündliche Reaktionen im Fettgewebe auf, hatten größere Fettzellen und verbrannten weniger Fett in der Muskulatur. Zudem stellten die Forscher fest, dass die Aktivität verschiedener Gene bei Gruppe 1 und 3 im Vergleich zu Gruppe 2 verändert war. Bei diesen handelt es sich um Gene, die für die Fettverbrennung im Muskel und für Entzündungsprozesse im Fettgewebe eine Rolle spielen, oder die an der Regulation der Energieaufnahme durch das Gehirn beteiligt sind.

„Die veränderten Genaktivitäten ließen sich dabei zum Teil auf DNA-Methylierungen***, das heißt, epigenetische Veränderungen zurückführen“, sagt Pfeiffer. „Unsere Ergebnisse weisen zudem darauf hin, dass GIP auch für die durch das Gehirn gesteuerte Regulation der Energieaufnahme eine Rolle spielt, indem es vermutlich indirekt die Insulinempfindlichkeit des Hypothalamus vermindert“, so der Endokrinologe weiter. Dies sei eine ganz neue Erkenntnis. Inwieweit sich die Ergebnisse auf den Menschen übertragen ließen, müsse man sehen. Hier sei noch sehr viel zu erforschen. Fest stehe jedoch, dass die Ernährung nicht nur direkten Einfluss auf ein Individuum hat, sondern auch noch dessen Nachkommen beeinflussen kann.

Hintergrundinformationen:

* Die Epigenetik ist ein relativ junges Forschungsgebiet. Es untersucht veränderte Gen-Funktionen, die nicht auf eine Änderung der DNA-Sequenz zurückzuführen sind, aber dennoch vererbt werden können. Studien der letzten Zeit weisen verstärkt darauf hin, dass auch die Ernährung als Umweltfaktor den Aktivitätszustand von Genen nachhaltig beeinflussen kann, z.B. durch chemische Veränderung (Methylierung) der DNA-Bausteine.

** GIP: Gastric inhibitory polypeptide.

*** Erklärung siehe Bildunterschrift.

Kontakt:
Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer
Abteilung Klinische Ernährung
Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE)
Arthur-Scheunert-Allee 114-116
14558 Nuthetal/Deutschland
E-Mail: afhp@dife.de
E-Mail: afhp@charite.de

Dr. Michael Kruse
Praxis für Allgemeinmedizin
Hahler Str. 32
32427 Minden
E-Mail: mikruse@aol.com
E-Mail: michael.kruse@dife.de (gültig bis Juli 2016) (Dr. Kruse war bis 2015 in der Abteilung von Prof. Pfeiffer beschäftigt.)

Dr. Farnaz Keyhani-Nejad
Abteilung Klinische Ernährung
Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE)
Arthur-Scheunert-Allee 114-116
14558 Nuthetal/Deutschland
E-Mail: Keyhani-Nejad.Farnaz@dife.de

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