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Gehirnsubstanz, die Hungerneuronen aktiviert, fördert Fettleibigkeit

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An illustration of human brain nerve cells pictured in blue

A build-up of sticky goo that traps neurons in an appetite-control centre in the brain has been implicated in worsening diabetes and obesity, according to research on mice1.

The goo also prevents insulin from reaching brain neurons that control hunger. Inhibiting production of the goo led mice to lose weight, experiments found. These findings points to a new driver of metabolic disorders and could help scientists to identify targets for drugs to treat these conditions.

These results were published today in Nature.

Hunger dial in the brain

Metabolic diseases such as type 2 diabetes and obesity can develop when the body’s cells become insensitive to insulin, a hormone that regulates blood-sugar levels. Scientists searching for the mechanism that causes this insulin resistance have homed in on a part of the brain called the arcuate nucleus of the hypothalamus, which senses insulin levels and, in response, adjusts energy expenditure and sensations of hunger.

As the animals develop insulin resistance, a type of cellular scaffolding, called the extracellular matrix, that holds the hunger neurons in place becomes a disorganized goo. Previously, researchers had noticed that this scaffolding changes when mice are fed a high-fat diet2.

The researchers wanted to see whether these brain changes might drive insulin resistance rather than merely developing alongside it. The authors fed mice a high-fat, high-sugar diet for 12 weeks and monitored the scaffolding around the hunger neurons by taking tissue samples and monitoring gene activity.

They found that this scaffolding became thicker and stickier within weeks of the mice starting the unhealthy diet. As these animals gained weight, their hypothalamus neurons became less able to process insulin normally, even when the hormone was injected directly into their brains. This suggests that the scaffolding’s stickiness stops insulin from getting into the brain. Instead, “it gets stuck”, says co-author Garron Dodd, a neuroscientist at the University of Melbourne in Australia.

Goo loss leads to weight loss

To try to reverse these changes, the researchers injected mice with either an enzyme that digests the goo or a molecule called fluorosamine that inhibits the scaffolding’s formation. Both approaches successfully got rid of the sticky logjam in the animals’ brains, allowing for increased insulin uptake. Fluorosamine even led the animals to shed weight and increase their energy expenditures. Treating insulin resistance by targeting the support structure around neurons might be safer than targeting neurons directly, Dodd says.

This “high quality” study proves “again and again” that this cellular scaffolding regulates hormonal signalling in a way that directly affects the rest of the body’s metabolism and drives disease, says Kimberly Alonge, a biochemist at the University of Washington School of Pharmacy in Seattle, who was not involved with the study. It also directs the field to focus not only on individual cells and cell types, but also the “packing material the cells are sitting in”, she adds.

The team’s experiments also showed that inflammation in the hypothalamus drives disruption of the scaffolding, but the study does not address what causes the inflammation to begin with, Alonge says. Previous research has shown that brain cells called glia can affect the structural integrity of the scaffolding, and Alonge would like to know whether glial cells contribute to the inflammation observed in the study.

It’s still unclear how big a part dysfunctional scaffolding plays in causing metabolic disease compared with other well-established drivers of disease, Dodd says. He and his colleagues hope to address this question later.

Future research is needed to investigate whether this goo arises as humans develop metabolic disease. This might pose a challenge, Dodd says, because there is no non-invasive way to access the hypothalamus, which is situated deep in the brain, and it’s a difficult tissue to sample, even from donated organs.


  1. Beddows, C. A. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-07922-y (2024).

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  2. Kang, L. et al. Diabetes 60, 416–426 (2011).

    Article  PubMed  Google Scholar 

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Eine Ansammlung von klebriger Substanz, die Neuronen in einem Appetitkontrollzentrum im Gehirn einfängt, wird mit der Verschlechterung von Diabetes und Adipositas in Verbindung gebracht, wie eine Studie an Mäusen zeigt1.

Diese Substanz hindert zudem Insulin daran, die Neuronen im Gehirn zu erreichen, die das Hungergefühl steuern. Die Hemmung der Produktion dieser Substanz führte bei den Mäusen zu Gewichtsverlust, fanden die Experimente heraus. Diese Ergebnisse zeigen auf, dass es einen neuen Auslöser für Stoffwechselstörungen gibt, was Wissenschaftlern helfen könnte, Zielstrukturen für Medikamente zur Behandlung dieser Erkrankungen zu identifizieren.

Diese Ergebnisse wurden heute in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Hungerregler im Gehirn

Stoffwechselkrankheiten wie Typ-2-Diabetes und Fettleibigkeit können auftreten, wenn die Zellen des Körpers unempfindlich gegenüber Insulin werden, einem Hormon, das den Blutzuckerspiegel reguliert. Wissenschaftler, die nach dem Mechanismus suchen, der diese Insulinresistenz verursacht, haben sich auf einen Teil des Gehirns konzentriert, der als arcuate nucleus des Hypothalamus bekannt ist. Dieser Bereich erkennt die Insulinwerte und passt entsprechend den Energieverbrauch und das Hungergefühl an.

Als die Tiere eine Insulinresistenz entwickelten, verwandelte sich eine Art von zellulärem Gerüst, genannt extrazelluläre Matrix, die die Hungerneuronen an ihrem Platz hält, in eine unorganisierte Substanz. Frühere Forschungen hatten gezeigt, dass sich dieses Gerüst verändert, wenn Mäuse eine fettreiche Diät erhalten2.

Die Forscher wollten herausfinden, ob diese Veränderungen im Gehirn möglicherweise die Insulinresistenz hervorrufen, anstatt nur gleichzeitig aufzutreten. Sie fütterten Mäusen 12 Wochen lang eine fettreiche und zuckerhaltige Diät und überwachten das Gerüst um die Hungerneuronen, indem sie Gewebeproben entnahmen und die Genaktivität überwachten.

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Sie fanden heraus, dass dieses Gerüst innerhalb weniger Wochen nach Beginn der ungesunden Diät dicker und klebriger wurde. Während die Tiere an Gewicht zunahmen, wurden ihre Hypothalamusneuronen weniger fähig, Insulin normal zu verarbeiten, selbst wenn das Hormon direkt in ihr Gehirn injiziert wurde. Dies legt nahe, dass die Klebrigkeit des Gerüsts das Insulin daran hindert, ins Gehirn zu gelangen. Stattdessen „bleibt es stecken“, sagt der Mitautor Garron Dodd, ein Neurowissenschaftler an der University of Melbourne in Australien.

Verlust der Substanz führt zu Gewichtsverlust

Um diese Veränderungen rückgängig zu machen, injizierten die Forscher den Mäusen entweder ein Enzym, das die Substanz abbaut, oder ein Molekül namens Fluorosamin, das die Bildung des Gerüstes hemmt. Beide Ansätze führten erfolgreich dazu, dass das klebrige Hindernis im Gehirn der Tiere beseitigt wurde, wodurch die Insulinaufnahme erhöht wurde. Fluorosamin führte sogar dazu, dass die Tiere Gewicht verloren und ihren Energieverbrauch steigerten. Die Behandlung der Insulinresistenz durch die gezielte Ansprache des Stützgerüsts um die Neuronen könnte sicherer sein, als direkt auf die Neuronen abzuzielen, sagt Dodd.

Diese „hochwertige“ Studie beweist „immer wieder“, dass dieses zelluläre Gerüst die hormonelle Signalübertragung regelt, was direkte Auswirkungen auf den Stoffwechsel des Körpers hat und Krankheiten antreibt, sagt Kimberly Alonge, eine Biochemikerin an der Universität von Washington School of Pharmacy in Seattle, die nicht an der Studie beteiligt war. Sie lenkt auch die Aufmerksamkeit auf die Notwendigkeit, nicht nur einzelne Zellen und Zelltypen zu betrachten, sondern auch das „Verpackungsmaterial, in dem die Zellen sitzen“, fügt sie hinzu.

Die Experimente des Teams zeigten zudem, dass Entzündungen im Hypothalamus die Störung des Gerüsts antreiben. Die Studie klärt jedoch nicht, was die Entzündungen ursprünglich auslöst, sagt Alonge. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass Gehirnzellen, die Glia genannt werden, die strukturelle Integrität des Gerüsts beeinflussen können, und Alonge möchte wissen, ob Gliazellen zu den Entzündungen in der Studie beitragen.

Es ist nach wie vor unklar, welche Rolle dysfunktionales Gerüst bei der Entstehung von Stoffwechselkrankheiten im Vergleich zu anderen gut etablierten Auslösern spielt, sagt Dodd. Er und seine Kollegen hoffen, diese Frage später anzugehen.

Weitere Forschungen sind erforderlich, um zu untersuchen, ob dieses klebrige Material bei Menschen mit der Entwicklung von Stoffwechselkrankheiten entsteht. Dies könnte eine Herausforderung darstellen, sagt Dodd, da es keinen nicht-invasiven Zugang zum Hypothalamus gibt, der tief im Gehirn liegt, und es schwierig ist, Gewebeproben selbst aus gespendeten Organen zu entnehmen.

  1. Beddows, C. A. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-07922-y (2024).

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  2. Kang, L. et al. Diabetes 60, 416–426 (2011).

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