Lipid-Lebenslinien: Die Stoffwechsel­verschiebungen hinter der Regeneration

Die Regeneration von Geweben nach einer Verletzung ist eine anspruchsvolle Aufgabe, die die meisten mehrzelligen Organismen in unterschiedlichem Maße beherrschen. Um die artenübergreifenden Mechanismen der Geweberegeneration besser zu verstehen, untersuchten Forschende des Paul-Langerhans-Instituts Dresden (PLID), Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) und des Biotechnologisches Zentrum (BIOTEC) der TU Dresden die Veränderungen im systemischen Stoffwechsel während der Regeneration. Ihre Ergebnisse, die in der Zeitschrift NPJ Regenerative Medicine veröffentlicht wurden, zeigen Ähnlichkeiten und Unterschiede in der Stoffwechselsignalgebung, der Lipidmobilisierung und -speicherung zwischen zwei regenerierenden Arten auf.

In diesem Projekt haben sich die Forschungsteams von Tatiana Sandoval-Guzmán (PLID und CRTD) und Marko Brankatschk (BIOTEC) zusammengetan, um zu verstehen, wie sich der systemische Stoffwechsel anpasst, um die Geweberegeneration sowohl im Axolotl als auch in der Fruchtfliege zu unterstützen.

In sich regenerierenden Geweben benötigen die Zellen Rohstoffe, um zu wachsen, sich zu vermehren und zu differenzieren. Diese Bausteine und die erforderlichen Signalstoffe können durch lokale metabolische Flexibilität oder durch systemische Versorgung bereitgestellt werden. Ziel dieser Studie war es, den Beitrag systemischer Stoffwechselanpassungen zu ermitteln, die zur Förderung der Regeneration erforderlich sind. Zu diesem Zweck untersuchte die Studie Fruchtfliegen, die kontinuierlich Darmschäden reparieren, und Axolotl, denen Gliedmaßen nachwuchsen.

"Beim Axolotl ist die Regeneration von Gliedmaßen mit unterschiedlichen, geschlechtsspezifischen Lipidanpassungen verbunden. Männchen erhöhen die Menge der zirkulierenden Lipide, während Weibchen Lipide vorwiegend in der Leber speichern, was eine effiziente Ressourcenmobilisierung für beide Geschlechter während der Regeneration ermöglicht“, beschreibt Tatiana Sandoval-Guzmán, Forschungsgruppenleiterin am PLID und CRTD und eine der Hauptautoren der Studie.

Die Leber ist, ähnlich wie die Fettkörperzellen der Fruchtfliege, der Schlüssel zu dieser Lipidspeicherung und -versorgung. Insulinähnliche Wachstumsfaktoren (IGFs), die von regenerierenden Gliedmaßen freigesetzt werden, und hepatische Insulin-Signalwege sind entscheidend für die Anpassung des Lipidstoffwechsels an die Bedürfnisse der Zellvermehrung. 

„Interessanterweise erhöhen verletzte Fruchtfliegen die Insulinproduktion und gleichzeitig beeinträchtigt eine genetische Unterbrechung der Insulinsignalübertragung in  ihren Fettkörperzellen die Sterin-Homöostase in regenerierenden Geweben, was zu einer verringerten Zellproliferation führt“, erklärt Marko Brankatschk, Forschungsgruppenleiter am BIOTEC. „Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Insulin-Signalübertragung tatsächlich ein wesentliches Element ist, das für die organübergreifende Kommunikation zwischen der Leber und geschädigtem Gewebe erforderlich ist - wahrscheinlich sowohl beim Axolotl als auch bei der Fruchtfliege.“ Wenn dies zutrifft, könnten die Daten auf einen funktionell konservierten Mechanismus hindeuten, der möglicherweise auch in anderen Tierarten wesentlich ist. 

Somit könnten diese Erkenntnisse in der regenerativen Medizin eine breitere Anwendung finden, da die Steuerung der Insulin-Signalübertragung und des Lipidstoffwechsels die Gewebereparatur und -heilung verbessern könnte.

Originalpublikation: 

Ines C. Kübler, Jenny Kretzschmar, Maria Nieves Arredondo-Lasso, Sean D. Keeley, Luca Claudia Rößler, Katharina Ganss, Tatiana Sandoval-Guzmán and Marko Brankatschk Systemic and local lipid adaptations underlie regeneration in Drosophila melanogaster and Ambystoma mexicanum. NPJ Regenerative Medicine (Oktober 2024)
Link: https://doi.org/10.1038/s41536-024-00375-x