Max-Planck-Forschungsgruppe Sprenger
Forschung
Kürzlich haben wir einen zuvor unbekannten molekularen Mechanismus entdeckt, der erklärt, wie sich der Stoffwechsel der Skelettmuskulatur an regelmäßige körperliche Aktivität anpasst und die Leistung steigern kann. Unsere Daten zeigen, dass regelmäßige körperliche Aktivität die Akkumulation der aus der Nahrung stammenden Aminosäure Ergothionein (EGT) in den Muskelmitochondrien induziert. In den Mitochondrien bindet und aktiviert EGT das Enzym 3-Mercaptorpyruvat-Sulfurtransferase (MPST), wodurch die mitochondriale Funktion und die Trainingsleistung gesteigert werden (Abb. 1, 2).
EGT kommt in hohen Konzentrationen in menschlichem Gewebe und Blutplasma vor. Reduzierte EGT-Konzentrationen hingegen wurden mit mehreren alters-assoziierten Erkrankungen in Verbindung gebracht, und eine vermehrte Gabe von EGT schützt im Tiermodell gegen eine Vielzahl von Erkrankungen. Dies hat zu dem Vorschlag geführt, EGT als „Langlebigkeitsvitamin“ zu betrachten. Tatsächlich deuten neuere Daten darauf hin, dass eine erhöhte Gabe von EGT erhebliche Auswirkungen auf die Lebenserwartung und ein gesundes Altern hat. Die genauen Wirkungsmechanismen während des Alterns und bei alters-assoziierten Stoffwechselerkrankungen sind jedoch unbekannt.
In unserem Labor untersuchen wir, wie der EGT-MPST Signalweg auf molekularer Ebene reguliert wird, und untersuchen die Rolle ihrer Komponenten für den Zellstoffwechsel und bei altersbedingten Stoffwechselerkrankungen. Darüber hinaus sind wir daran interessiert, den EGT-MPST Signalweg während des Alterungsprozesses zu untersuchen und herauszufinden, ob die Aktivierung dieses Signalweges das Potenzial hat, die Trainingsleistung unabhängig von Alter und Geschlecht zu verbessern.
Über die Skelettmuskulatur hinaus sind wir daran interessiert, zelltypspezifische metabolische Anpassungen an verschiedene Arten von körperlicher Aktivität zu untersuchen, wobei wir uns auf den mitochondrialen Stoffwechsel konzentrieren. Darüber hinaus möchten wir verstehen, wie diese Prozesse von Alter, Ernährung und Geschlecht beeinflusst werden (Abb. 3). Zu diesem Zweck verwenden wir Mausgenetik, Massenspektrometrie und biochemische Analysemethoden.
Ein weiterer trainingssensitiver Signalweg, der für gesundes Altern entscheidend zu sein scheint und für den sich unser Labor interessiert, ist der Ketonkörperstoffwechsel. Ketonkörperstoffwechsel ist ein klassisches Beispiel dafür, wie Zellen und Gewebe zwischen verschiedenen Nährstoffen zur Energiegewinnung wechseln können, um die Energiehomöostase aufrechtzuerhalten. In Zeiten verminderter Glukoseverfügbarkeit produziert die Leber Ketonkörper aus Fettsäuren, die in den Blutkreislauf abgegeben, von peripheren Organen aufgenommen und in den Mitochondrien oxidiert werden, um den TCA-Zyklus anzutreiben und die ATP-Produktion zu steigern (Abb. 2). Trotz umfassender Kenntnisse über die physiologische Bedeutung des Ketonkörperstoffwechsels ist unser Wissen über die molekulare Regulierung des Ketonkörperstoffwechsels noch unvollständig. Wir verwenden neuartige molekularbiologische Methoden, um den Ketonkörperstoffwechsel in Zellkultur und in vivo zu untersuchen und bisher unbekannte Regulatoren dieses Signalweges zu identifizieren.