Forschung: Fettleibigkeit könnte eine neurologische Entwicklungsstörung sein

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Medizin Doc Redaktion, aktualisiert am 29. September 2022, Lesezeit: 9 Minuten

Was verursacht Adipositas und welche Risikofaktoren begünstigen Fettleibigkeit?

Forscher entdecken wichtigen Faktor für das Adipositas-Risiko

Wissenschaftler des Baylor College of Medicine haben in einer Studie herausgefunden, dass molekulare Mechanismen der Gehirnentwicklung in der frühen Kindheit wahrscheinlich ein wichtiger Faktor für das Adipositas-Risiko sind.

Die Forschungsergebnisse wurden in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Rolle der Epigenetik bei der Entstehung von Fettleibigkeit (Adipositas)

Umfangreiche Studien an Menschen haben bereits vermuten lassen, dass die Gene, die am stärksten mit Fettleibigkeit in Verbindung gebracht werden, im sich entwickelnden Gehirn exprimiert werden.

Die vorliegende Studie an Mäusen konzentrierte sich auf die sogenannte epigenetische Entwicklung.

  • Unter Epigenetik wird ein System von molekularen Lesezeichen verstanden, das bestimmt, welche Gene in verschiedenen Zelltypen verwendet werden und welche nicht.

Wie Dr. Robert Waterland, Professor für Kinderernährung an der Baylor University, erklärte, haben jahrzehntelange Forschungen an Menschen und Tiermodellen gezeigt, dass Umwelteinflüsse in kritischen Entwicklungsphasen einen großen langfristigen Einfluss auf Gesundheit und Krankheit haben.

Die Regulation des eigenen Körpergewichts reagiert sehr empfindlich auf diese „Entwicklungsprogrammierung“, aber wie das genau funktioniert, ist noch unbekannt, so der Forscher.

Bei dieser Studie konzentrierten sich die Forscherinnen und Forscher auf eine Hirnregion, den so genannten Arcuate Nucleus des Hypothalamus, der die Nahrungsaufnahme, die körperliche Aktivität und den Stoffwechsel steuert, erklärt Erstautor Dr. Harry MacKay vom Baylor College of Medicine.

Die Ergebnisse zeigen, dass der Arcuate Nucleus in der frühen postnatalen Phase eine umfangreiche epigenetische Reifung durchläuft. In diesem Zeitraum wird auch die Regulierung des Körpergewichts besonders empfindlich von der Entwicklung beeinflusst, was darauf hindeutet, dass diese Effekte eine Folge einer gestörten epigenetischen Reifung sein könnten, so die Wissenschaftler.

Die Forscher führten genomweite Analysen der DNA-Methylierung – einer wichtigen epigenetischen Markierung – und der Genexpression durch, die sowohl vor als auch nach der Schließung des kritischen postnatalen Zeitfensters für die entwicklungsbedingte Programmierung des Körpergewichts stattfanden.

  • Laut MacKays ist eine der wichtigsten Besonderheiten dieser Studie, dass die zwei wichtigsten Klassen von Gehirnzellen – Neuronen und Glia – untersucht wurden.

Dabei stellte sich heraus, dass die epigenetische Reifung zwischen diesen beiden Zelltypen sehr unterschiedlich verläuft, so MacKays.

Die Studie ist nach Aussage von Waterland die erste, die diese epigenetische Entwicklung bei Männern und Frauen vergleicht.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler waren überrascht, dass sie große Unterschiede zwischen den Geschlechtern fanden. In Bezug auf diese postnatalen epigenetischen Veränderungen sind Männer und Frauen sogar unterschiedlicher als sie sich ähnlich sind, wie Waterland berichtet.

Zudem seien viele dieser Veränderungen bei Frauen früher eingetreten als bei Männern, was darauf hindeutet, dass Frauen in dieser Hinsicht frühreif sind.

  • Am meisten überrascht waren die Forscherinnen und Forscher, als sie ihre epigenetischen Daten bei Mäusen mit menschlichen Daten aus großen genomweiten Assoziationsstudien verglichen, in denen nach genetischen Varianten gesucht wird, die mit Adipositas (Fettleibigkeit) in Verbindung stehen.

Die Genomregionen, auf die die epigenetische Reifung im Arcuate Nucleus der Maus abzielte, überschnitten sich in hohem Maße mit menschlichen Genomregionen, die mit dem Body Mass Index in Verbindung stehen.

Nach Ansicht von MacKay deutet dieser Zusammenhang darauf hin, dass das Adipositasrisiko beim Menschen zum Teil durch die epigenetische Entwicklung im Nucleus arcuatus bestimmt wird.

Diese Forschungsergebnisse liefern damit neue Beweise dafür, dass die Epigenetik in der Entwicklung sowohl bei frühen Umwelteinflüssen als auch bei genetischen Einflüssen auf das Fettleibigkeitsrisiko eine Rolle spielt.

Präventionsmaßnahmen, die auf diese Entwicklungsprozesse abzielen, könnten daher der Schlüssel sein, um die weltweite Adipositas-Epidemie zu begrenzen, so die Autoren der Studie.

Neben MacKay und Waterland zählen zu den weiteren Autoren dieser Arbeit die Wissenschaftler Chathura J. Gunasekara, Kit-Yi Yam, Dollada Srisai, Hari Krishna Yalamanchili, Yumei Li, Rui Chen und Cristian Coarfa.

Die genannten Studienautoren sind mit einer oder mehreren der folgenden Forschungseinrichtungen verbunden: Baylor College of Medicine, Vanderbilt University, Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute atTexas Children’s Hospital und Baylor’s Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center.

Die gesundheitlichen Folgen von Adipositas: Adipositas (starkes Übergewicht) bezeichnet ein übermäßiges Körpergewicht, das durch eine übermäßige Menge an Fett verursacht wird. Die Erkrankung wird auch als Fettleibigkeit oder Obesity bezeichnet. Zu einem überhöhten Fettanteil kommt es, wenn dem eigenen Organismus über die Nahrung eine zu hohe Energiemenge zugeführt wird – zum Beispiel durch eine zu kalorienreiche Ernährung.

Was sind Begleiterkrankungen von Adipositas?

Eine ganze Reihe von sogenannten Zivilisationskrankheiten sind direkt mit Fettleibigkeit verbunden. Adipositas stellt einen erheblichen Risikofaktor für die Entwicklung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen dar. Wenn noch weitere Krankheitsbilder wie Diabetes („Zuckerkrankheit“), Fettstoffwechsel-Störungen (erhöhtes Cholesterin beziehungsweise der LDL-Wert) oder Bluthochdruck hinzukommen, vergrößert sich das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen (metabolisches Syndrom) nochmals beträchtlich, wie auch das Risiko eines vorzeitigen Todes.

Welche gesundheitlichen Risiken entstehen durch starkes Übergewicht?

Durch Adipositas wird das Risiko für arterielle Hypertonie (Bluthochdruck), Diabetes Typ 2, Reflux, Herzinfarkte, Arteriosklerose, Schlaganfälle, Brustkrebs und weitere Krebserkrankungen, Arthrose, degenerative Wirbelsäulenerkrankungen, Gallenblasenerkrankungen, Gicht, restriktive Ventilationsstörungen und das obstruktive Schlafapnoesyndrom erhöht. Oberhalb eines Body Mass Index (BMI) von 30 ist das Krankheitsrisiko deutlich erhöht.

Epigenetik: Das Verständnis der epigenetischen Ursachen von Krankheiten auf einer Karte zusammengefasst

Nachdem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mehr als 15 Jahre nach der ersten Kartierung des menschlichen Genoms die meisten Krankheiten immer noch nicht anhand der Gene vorhersagen können, erforschen Forscherinnen und Forscher epigenetische Ursachen von Krankheiten.

Die Erforschung der Epigenetik kann jedoch nicht auf dieselbe Weise angegangen werden wie die Genetik, weshalb der Fortschritt nur langsam vorankommt.

Die Forscherinnen und Forscher des USDA/ARS Children’s Nutrition Research Center am Baylor College of Medicine und dem Texas Children’s Hospital haben einen einzigartigen Teil des Genoms bestimmt, auf den sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konzentrieren sollten.

  • Die Studie, die eine „Schatzkarte“ zur Beschleunigung der Forschung auf dem Gebiet der Epigenetik und menschlicher Krankheiten darstellt, wurde in der Zeitschrift Genome Biology veröffentlicht.

Das System der Epigenetik dient der molekularen Markierung der DNA – es teilt den verschiedenen Zellen im Körper mit, welche Gene in der jeweiligen Zelle an- oder abgeschaltet werden sollen.

Aufgrund der zellspezifischen Natur der Epigenetik ist es jedoch schwierig, sie zu untersuchen. Eine Blutprobe kann zwar zur „Genotypisierung“ einer Person verwendet werden, aber die meisten epigenetischen Markierungen in der Blut-DNA geben keinen Aufschluss über epigenetische Dysregulationen in anderen Teilen des Körpers, wie dem Gehirn oder dem Herzen.

Dr. Robert A. Waterland, Professor für Pädiatrie und Ernährung sowie für Molekular- und Humangenetik an der Baylor University, und seine Forschungsgruppe haben spezielle Bereiche des Genoms identifiziert, in denen eine Blutprobe Rückschlüsse auf die epigenetische Regulierung im gesamten Körper zulässt, so dass Wissenschaftler/innen auf epigenetische Ursachen von Krankheiten testen können.

Zu diesem Zweck konzentrierten sie sich auf die stabilste Form der epigenetischen Regulierung – die DNA-Methylierung. Diese Anlagerung von Methylgruppen an das DNA-Molekül erfolgt bereits im Embryonalstadium und kann die Gesundheit ein Leben lang beeinflussen.

Zur Identifizierung von Genomregionen, in denen sich die DNA-Methylierung von Mensch zu Mensch unterscheidet, aber in verschiedenen Geweben gleich ist, erstellten die Forscherinnen und Forscher ein Profil der DNA-Methylierung im gesamten Genom von drei Geweben (Schilddrüse, Herz und Gehirn) von jeweils 10 Leichnamen.

Da jedes dieser Gewebe eine andere Schicht des frühen Embryos repräsentiert, gehen wir im Grunde genommen in der Zeit zurück bis zu den Ereignissen, die während der frühen Embryonalentwicklung stattfanden, so Waterland.

Zur Darstellung der DNA-Methylierung wandelten die Forscher die Methylierungsinformationen in ein genetisches Signal um und sequenzierten dann die Genome.

Für die Erstellung des Atlas waren riesige Mengen an Sequenzierungsdaten erforderlich – 370 Mal mehr als für die erste Karte des menschlichen Genoms im Jahr 2001.

Die knapp 10.000 Regionen, die die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftle kartiert haben, werden als korrelierte Regionen mit systemischer interindividueller Variation (CoRSIVs) bezeichnet und bilden eine bisher nicht erkannte Ebene der molekularen Individualität beim Menschen.

Laut Dr. Cristian Coarfa, Associate Professor für Molekular- und Zellbiologie in Baylor haben Studien aus der Vergangenheit bereits gezeigt, dass die Methylierung in diesen Regionen mit einer Reihe menschlicher Krankheiten wie Fettleibigkeit, Krebs, Autismus, Alzheimer und Gaumenspalten in Verbindung gebracht wird.

Waterland glaubt, dass diese Erkenntnisse die Erforschung von Epigenetik und Krankheiten verändern werden, da die Forscher nun wissen, wo im Genom sie suchen müssen.

  • Da die epigenetische Markierung die Fähigkeit hat, Gene stabil zu deaktivieren oder zu aktivieren, könnte jede Krankheit, die eine genetische Grundlage hat, ebenso wahrscheinlich eine epigenetische Grundlage haben, so der Wissenschaftler.

Es gibt ein unglaubliches Potenzial für uns, Krankheitsprozesse aus einer epigenetischen Perspektive zu verstehen. CoRSIVs sind der Zugang dazu.

Quellen

vgt

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