Über Darmstammzellen Zuckerstoffwechsel und Darm-Regeneration gekoppelt

Damit der Darm auf das vorhandene Nährstoffangebot reagieren kann

Es gibt kein körpereigenes Gewebe, dass sich so schnell erneuert wie der Darm. Das Darmgewebe selbst hat einen hohen Energiebedarf. Für den Organismus ist es daher wichtig, sowohl das Volumen als auch die Struktur des Darmgewebes an die vorhandene Nährstoffsituation anzupassen und somit auf das Nährstoffangebot zu reagieren. Kommt es zu Störungen dieser Regulationsprozesse, kann Darmkrebs oder eine Darm-Atrophie, also ein Schwund der Darmschleimhaut, entstehen.

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Der Körper braucht „Treibstoff“ in Form von Energie und eine gute Energiequelle ist Zucker. Zucker pur sollte jedoch nicht regelmäßig auf dem Speiseplan stehen. Doch nur mit Energie aus Zucker und Fetten können die Körperzellen ihre Funktion wahrnehmen. Nun haben Forscher entdeckt, wie der Zuckerstoffwechsel Einfluss auf die Darmregeneration nimmt und so das Verdauungsorgan die Chance hat, sich an unterschiedliche Nährstoffsituationen anzupassen. Über den Syntheseweg von Glucosamin reguliert sich die Teilungsrate der Darmstammzellen.

 

Für die Regeneration des Darmgewebes sind die Darmstammzellen zuständig. Sie sitzen in den Krypten, also den Einstülpungen des Darmepithels. Kommt es zum Nährstoffmangel, also sind nicht genügend Nährstoffe vorhanden, so teilen sich die Stammzellen langsamer. Die Folge: Der Darm schrumpft. Gibt es aufgrund von Nahrungsüberfluss genügend Nährstoffe, so kurbelt das die Proliferation der Stammzellen an. Sie teilen sich somit häufiger und der Darm bekommt die Chance, sich zu erholen und wieder zu seiner normalen Größe auszudehnen.

Bislang war dieser Mechanismus zwar bekannt, jedoch konnten ihn Wissenschaftler nicht erklären, da es kaum Erkenntnisse darüber gab, wie diese Anpassungsleistung auf molekularer Ebene funktioniert.

 

Im Darm von Fruchtfliegen neuer Steuerungsmechanismus entdeckt

In einem internationalen Forschungsprojekt des Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ), der Universität Heidelberg und der Universität Helsinki haben nun Wissenschaftler Licht ins Dunkel gebracht. Untersucht wurde der Darm der Fruchtfliege, in Wissenschaftskreisen besser bekannt als Drosophila melanogaster. Hier gelang es den Forschern aufzuzeigen, wie die Darm-Stammzellen einen zelleigenen-Zucker-Biosyntheseweg nutzen, um die Zellteilungsrate an die Gegebenheiten anzupassen.

Glukosamin ist ein sogenanntes Traubenzucker-Derivat, das vom Körper hergestellt werden kann. Eine hohe Glukosamin-Syntheserate dient den Darmstammzellen als Signal, sich zu teilen und so für Nachschub an neuen Zellen zu sorgen.

 

 

Wurden die Fliegen im Experiment mit N-Acetyl-Glukosamin gefüttert, so stieg die Teilungsrate der Darmstammzellen an – unabhängig vom übrigen Ernährungszustand der Tiere. Auch bei Fliegen, die eigentlich unter Ernährungsmangel litten, kam es nicht zu einem Schrumpfen des Darms.

Als die Wissenschaftler die Biosynthese von N-Acetyl-Glukosamin per Genmanipulation blockierten, war selbst ein hoher Nährstoffgehalt nicht in der Lage, die Proliferationsrate der Darm-Stammzellen anzukurbeln. Beobachten konnten die Forscher ebenso, dass das Glukosamin die Fähigkeit der Stammzellen verbesserte, auf Insulin zu reagieren. Insulin ist ein zentrales Signalmolekül für den Nährstoffstatus des Körpers.

 

Glukosamin übernimmt Steuerung der Regenerationsrate von Darmstammzellen

Bislang wussten die Wissenschaftler nicht, dass der Weg der Biosynthese von Glukosamin die Regeneration der Darmstammzellen steuert. Durch diesen Modulator sind der Zuckerstoffwechsel und die Anpassungsmöglichkeiten des Darms an unterschiedliche Ernährungsbedingungen gekoppelt.

Bislang wiesen viele zuerst in Fruchtfliegen entdeckte Mechanismen den Weg zu neuen Behandlungsansätzen beim Menschen. Von daher müssen nun weitere Studien zeigen, ob N-Acetyl-Glukosamin auch auf die menschlichen Darmstammzellen einen solchen Einfluss nimmt. Sollte dem so sein, so könnte sich daraus ein wichtiger Ansatz zur Erkennung und Verhinderung von Darmkrebs ergeben. Schließlich gerät beim Darmkrebs die Proliferation der Darmstammzellen außer Kontrolle, denn sie entarten und vermehren sich unkontrolliert.

 

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