Kalorimetrie von braunem und brite Fett

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Klingenspor; Professor Dr. Florian Mertens
• Fachliche Zuordnung: Ernährungswissenschaften ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563766775

Braunes Fettgewebe hat eine außergewöhnliche Fähigkeit, durch Entkopplung der oxidativen Phosphorylierung Wärme zu erzeugen. Der zugrunde liegende Mechanismus, bekannt als zitterfreie Thermogenese (NST), wird durch das Entkopplungsprotein 1 (UCP1) katalysiert, welches die protonenmotorische Kraft an der inneren Mitochondrienmembran direkt in Wärme umwandelt. Aktiviertes UCP1 ermöglicht eine hohe Rate des mitochondrialen Elektronentransportsystems, was zu einer hohen Sauerstoffverbrauchsrate führt. Die freie Energie von Glukose und Fettsäuren wird nicht als ATP konserviert, sondern in Heizkraft umgewandelt. Die UCP1-abhängige Thermogenese findet sowohl im "klassischen" braunen Fett als auch in braun-ähnlichen brite (brown-in-white) Adipozyten statt. Seit der Entdeckung von metabolisch aktivem braunen oder brite Fett bei gesunden erwachsenen Menschen hat das allgemeine Interesse an der Rolle thermogener Adipozyten für die Gewichtsregulation und die Therapie gestörter Glukosetoleranz und Insulinresistenz neuen Aufschwung erhalten. Die potenziellen Implikationen dieser Erkenntnisse auf unser Verständnis und Management von Fettleibigkeit und Stoffwechselstörungen sind bedeutend. Die vorteilhaften metabolischen Effekte thermogener Adipozyten sind möglicherweise nicht ausschließlich UCP1-abhängig. Mäuse mit beeinträchtigter brauner und brite Fettfunktion, z.B. Ucp1 Knockout (KO) Mäuse, können zusätzliche thermogene Kapazität rekrutieren, wenn sie stufenweise an Kälte angepasst werden. Eine kritisch diskutierte These schlägt vor, dass in Fettgeweben scheinbar nutzlose Substratzyklen (futile cycles) aktiviert werden, wobei simultane Stoffwechselwege chemische Energie als Wärme dissipieren, ohne die Substratniveaus zu verändern. Diese Substratzyklen umfassen ATP-getriebene zyklische Ca2+ Pumpen, zyklische Umwandlung von Kreatin/Kreatinphosphat und den simultanen Zyklus der Lipolyse und Wiederveresterung von Fettsäuren. Erhöhter Einsatz von Substratzyklen könnte zu einem größeren Beitrag des anaeroben Stoffwechsels zur gesamten Wärmeproduktion führen. Dieses Projekt wird ein neu entwickeltes miniaturisiertes Chip-Kalorimeter verwenden, um die UCP1- unabhängigen thermogenen Mechanismen in Fettgeweben zu untersuchen. Die meisten Studien, die die Stoffwechselrate von braunem und brite Fett untersuchen, wenden routinemäßig Respirometrie (indirekte Kalorimetrie) an. Da nur aerobe Stoffwechselraten aufgezeichnet werden, liegt die Anwendung direkter kalorimetrischer Methoden nahe, wenn ein signifikanter Teil der anaeroben Stoffwechselraten erwartet wird. Die folgenden Hauptfragen werden durch direkte kalorimetrische Messungen mit dem neuen Chip-Kalorimeter beantwortet: • Was ist die Heizkraft von thermogenem braunem und brite Fett? • Welche nutzlosen Zyklen sind beteiligt, und wie viel Heizkraft liefern sie? • Was ist der Beitrag des anaeroben Stoffwechsels zur Thermogenese?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Johannes Lerchner