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Die mysteriöse Geburt der Fettzellen: Warum braucht unser Körper sie?
Die Bildung von Adipozyten oder Adipogenese ist der Prozess der Umwandlung von Stammzellen in Adipozyten. Dieser Prozess ist in zwei Phasen unterteilt: Schicksalsbestimmung und terminale Differenzierung. Während der Phase der Bestimmung des Schicksals verwandeln sich mesenchymale Stammzellen in Präadipozyten, auch Lipoblasten oder Präadipozyten genannt, die ihr Potenzial zur Differenzierung in andere Zelltypen wie Chondrozyten, Myozyten und Osteoblasten verlieren. Anschließend, während der terminalen Differenzierungsphase, wandeln sich die Präadipozyten weiter in reife Adipozyten um.
Adipozyten speichern die größten Energiereserven im tierischen Körper in Form von Triglyceriden.
Dieser Prozess wird durch eine Vielzahl von Hormonen reguliert. Wenn die Energieaufnahme den Energieverbrauch übersteigt, dehnen sich die Fettzellen aus, und wenn der Energieverbrauch die Aufnahme übersteigt, kommt es zur Energiefreisetzung. Insulin ist das Hormon, das die Expansion fördert, während Adrenalin, Glucagon und das adrenocorticotrope Hormon die Energiefreisetzung fördern.
Der Entwicklungsprozess von Adipozyten
Adipogenese ist ein streng regulierter Prozess der Zelldifferenzierung von mesenchymalen Stammzellen zu Präadipozyten und dann zu reifen Adipozyten. Dieser Prozess beinhaltet Veränderungen in den Genexpressionsmustern, mit einer Verschiebung von der Pluripotenz-Genexpression zur zelltypspezifischen Genexpression. Daher sind Transkriptionsfaktoren für die Adipogenese von entscheidender Bedeutung.
Die Transkriptionsfaktoren PPARγ und C/EBPs sind die Hauptregulatoren der Adipogenese.
Diese Transkriptionsfaktoren fördern die Expression von Genen, die für reife Adipozyten charakteristisch sind, und im Vergleich zu Zellen aus anderen Quellen reproduziert der In-vitro-Differenzierungsprozess von Adipozyten tatsächlich die Merkmale der In-vivo-Differenzierung. Reife Adipozyten weisen einen Wachstumsstopp, morphologische Veränderungen, eine hohe Expression von Lipidsynthesegenen und die Produktion von Adipokinen wie Adiponektin, Leptin und TNF-alpha auf.
Zelldifferenzierung und ihre Transkriptionsregulation
In In-vitro-Studien wird die Adipogenese unter Verwendung bereits gebundener Präadipozyten-Zelllinien wie der Zelllinien 3T3-L1 oder 3T3-F442A oder von aus weißem Fettgewebe isolierten Präadipozyten untersucht. Dieser Prozess geht normalerweise mit dem Wachstum einher und wird von frühen Ereignissen wie morphologischen Veränderungen und der Induktion der Transkriptionsfaktoren C/EBPβ und C/EBPδ begleitet.
PPARγ ist ein wichtiger Regulator der Adipogenese und ist für die Differenzierung embryonaler Stammzellen zu Adipozyten notwendig.
Während der zweiten Phase des Wachstumsstopps werden zwei wichtige Transkriptionsfaktoren, PPARγ und C/EBPα, exprimiert. Diese Faktoren fördern die Expression reifer Adipozyten-charakteristischer Gene, einschließlich Insulinrezeptoren und Fettsäuresynthase. Dieser Prozess führt zur Ansammlung von Lipidvesikeln, was die Zellreifung signalisiert.
Der synergistische Effekt von Transkriptionsfaktoren
Obwohl PPARγ und C/EBPα die Hauptregulatoren der Adipogenese sind, spielen andere Transkriptionsfaktoren eine Rolle im Differenzierungsprozess. Der Adipozytenbestimmungs- und Differenzierungsfaktor 1 (ADD1) und das Steroid-regulatorische Element-Bindungsprotein 1 (SREBP1) können PPARγ aktivieren, indem sie endogene PPARγ-Liganden erzeugen oder die PPARγ-Expression direkt fördern.
Der Wnt/β-Catenin-Signalweg hemmt die Adipogenese und fördert die Differenzierung mesenchymaler Stammzellen in Muskelzellen und Knochenzellen.
Darüber hinaus ist die verminderte Adipogenese bei adipösen Menschen auf eine Zunahme seneszenter Zellen im Fettgewebe zurückzuführen und nicht auf eine Abnahme der Anzahl von Stammzellen oder Vorläuferzellen. Diese Tatsache zeigt den möglichen Einfluss seneszenter Zellen auf die Regulierung der Adipogenese.
Einfluss auf das endokrine System
Produkte im endokrinen System wie Insulin, IGF-1, cAMP, Glukokortikoide und Triiodthyronin induzieren wirksam die Lipogenese in Preadipozyten. Insulin reguliert diesen Prozess über den Signalweg des Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktor-1-Rezeptors (IGF1) und fördert so die Induktion von Transkriptionsfaktoren im Zusammenhang mit der terminalen Differenzierung.
Knochenmorphogenetische Proteine (BMPs) können auch die Differenzierung von Preadipozyten fördern, was den Einfluss mehrerer Signalwege auf die Adipogenese zeigt.
BMP2 kann jedoch Entscheidungen über das Schicksal pluripotenter Zellen stimulieren und sogar die Knochenbildung durch verschiedene Rezeptorisoformen fördern. Dies zeigt die komplizierten Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Faktoren und unterstreicht die Vielschichtigkeit der Regulierung der Adipogenese.
Denkzusammenfassung
Die Bildung von Adipozyten ist ein wichtiger Teil unseres Verständnisses des Energiehaushalts und des Stoffwechsels. Mit den Veränderungen im sozialen Lebensstil ist Fettleibigkeit jedoch zu einem immer häufiger auftretenden Problem geworden. Wie bringen wir die Beziehung zwischen Fettzellenbildung und Gesundheit ins Gleichgewicht?
