Wie Zellen auf eine veränderte Nährstoffzufuhr reagieren, ist von grundlegender Bedeutung für die Gesundheit des gesamten Körpers. Störungen der Nährstoffverarbeitung stehen im Zusammenhang mit Erkrankungen wie Adipositas und Typ-2-Diabetes. Doch was genau unterschiedliche Nährstoffmengen bewirken und warum die Reaktionen darauf in verschiedenen Körperbereichen unterschiedlich ausfallen, ist bisher schlecht verstanden. Forschende des Leibniz-Forschungsinstituts für Molekulare Pharmakologie (FMP), des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) und des ISAS wollen diesen Fragen auf den Grund gehen. Mit dem Projekt »PIPMet – Phosphoinositides in Metabolic Disease« konnte sich das Konsortium im Leibniz-Wettbewerb 2024 für eine Förderung qualifizieren.
Die Funktionen von Zellen und Geweben hängen davon ab, dass diese Nährstoffe wie Glukose, Aminosäuren oder Fettsäuren aufnehmen und verarbeiten. Die Kontrolle dieser Prozesse geschieht durch komplexe Netzwerke, die verschiedene Signalwege und Zellbestandteile umfassen. Vorangegangene Arbeiten aus dem FMP zeigen, dass bestimmte Membranlipide, die Phosphatidylinositol-Phosphate (PIPs), auch Phosphoinositide genannt, hierbei eine zentrale Rolle spielen. Bei PIPMet wollen die Forschenden die PIPs und ihre abbauenden Enzyme bei der Nährstoff-Signalübertragung molekular und funktionell untersuchen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen zukünftig die Grundlage für die Entwicklung von Ansätzen zur Prävention und Therapie von Fettleibigkeit und damit zusammenhängenden Stoffwechselerkrankungen bilden.

Um das Massenspektrometer (rechts im Bildvordergrund) für die Analyse der PIPs vorzubereiten, befestigt eine Forscherin die Kalibration-Kapillare am Messgerät.
© ISAS / Hannes Woidich
Interdisziplinäre Zusammenarbeit zur Analyse von PIPs
PIPMet zeichnet sich durch ein kollaboratives und interdisziplinäres Team aus Fachbereichen wie der analytischen Chemie, Zell- und Molekularbiologie sowie Diabetologie aus. Die Wissenschaftler:innen wollen Methoden aus der Genetik, Pharmakologie, Proteomics, Lipidomics, Metabolomics und Zellbiologie sowie In-vivo-Experimente kombinieren. Am ISAS wird Prof. Dr. Sven Heiles mit seiner Arbeitsgruppe Lipidomics zunächst massenspektrometrische Methoden entwickeln, um die Häufigkeit und Identität von PIPs in Zellen, Geweben und gereinigten Organellen zu analysieren. Bisher hat die fehlende Analytik ein besseres Verständnis der PIP-Signalwege sehr schwierig gestaltet. Auf dieser Basis möchte das Konsortium die physiologische Rolle von Veränderungen im zellulären PIP-Gehalt aufgrund von Veränderungen in der Nährstoffversorgung in ausgewählten Zellsystemen erforschen. Anschließend wird das Team diese Erkenntnisse nutzen um den PIP-Stoffwechsel in vivo (im Maus-Modell) bei normaler und erhöhter Nährstoffzufuhr zu untersuchen.