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Wenn das Essen die Gene verändert

Kinder von adipösen Müttern haben ein höheres Risiko für Übergewicht und Stoffwechselerkrankungen. Ernährungsbedingte epigenetische Effekte könnten eine Rolle spielen.

von Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) / GB

Epigenetische Mechanismen (Quelle: DIfE)

Wie eine Studie unter Führung des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung (DIfE) an Mäusen zeigt, führt eine fettreiche Ernährung während der Trag- und Stillzeit zu epigenetischen¹ Veränderungen bei den Nachkommen. Diese Änderungen beeinflussen Stoffwechselwege, die durch das Darmhormon GIP² 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.

Fokus der akutellen Studie

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-Methylierungen³, das heisst, epigenetische Veränderungen zurückführen. 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»

sagt der Endokrinologe Andreas F. H. Pfeifer. 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.

Begriffserklärung Epigenetik

¹Epigenetik 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.

²GIP: Gastric inhibitory polypeptide

³Erklärungen zur Abbildung  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. Mehr unter Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke