Übergewichtige Fruchtfliegen sind die Versuchsobjekte in a Naturkommunikation Untersuchung der Ursachen des Rückgangs der Muskelfunktion aufgrund von Fettleibigkeit. Beim Menschen spielt die Skelettmuskulatur eine entscheidende Rolle im Stoffwechsel, und eine Muskelfunktionsstörung aufgrund menschlicher Fettleibigkeit kann zu einer Insulinresistenz und einem reduzierten Energieniveau führen.
Interessanterweise haben Studien in verschiedenen Tiermodellen gezeigt, dass eine zeitlich begrenzte Fütterung – eine natürliche nicht-pharmazeutische Intervention – vor Fettleibigkeit, Alterung und zirkadianen Störungen in peripheren Geweben wie der Skelettmuskulatur schützt. Die Mechanismen, die diesen Vorteilen zugrunde liegen, waren jedoch nicht bekannt.
Bei Fruchtfliegen – wissenschaftlich bekannt als Drosophila melanogaster – zeigten fettleibige Drosophila, die adipogenen Herausforderungen ausgesetzt und mit zeitlich begrenzter Fütterung behandelt wurden, eine verbesserte Muskelleistung, reduziertes intramuskuläres Fett, niedrigere Phospho-AKT-Spiegel und eine Reduzierung des Markers für Insulinresistenz . Intramyozelluläre Lipide und Triglyceride, die in Skelettmuskelzellen abgelagert werden, können schädlich sein, wenn sie nicht routinemäßig abgebaut werden.
Die aktuelle Studie unter der Leitung des Forschers Girish Melkani, Ph.D. von der University of Alabama in Birmingham, liefert eine potenzielle mechanistische Grundlage für die Vorteile, die durch zeitlich begrenzte Fütterung vermittelt werden. Melkani und Kollegen fanden heraus, dass eine zeitlich begrenzte Fütterung eine Hochregulierung von Genen im Zusammenhang mit der Glycinproduktion und -verwertung und eine Herunterregulierung eines Schlüsselenzyms, das an der Triglyceridsynthese beteiligt ist, unter allen zeitlich begrenzten Fütterungsbedingungen induzierte.
Darüber hinaus induzierte eine zeitlich begrenzte Fütterung eine Hochregulierung von Genen und eine Zunahme von Metaboliten im Zusammenhang mit dem Purinzyklus im fettreichen Fruchtfliegenmodell der Fettleibigkeit, und es führte zu einer Hochregulierung von Genen und einer Zunahme von Metaboliten im Zusammenhang mit der Glykolyse, dem Glykogenstoffwechsel usw Tricarbonsäurezyklus und die durch AMP-Kinase-Signalisierung verbundene Elektronentransportkette in einem genetischen Fruchtfliegenmodell für Fettleibigkeit, mutiert in Sphingosinkinase oder Sk2.
„Die Prävalenz von Fettleibigkeit ist weiterhin ein weltweit wachsendes Problem, das mit einer lähmenden Gesundheitsversorgung und wirtschaftlichen Belastungen verbunden ist“, sagte Melkani, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Molekular- und Zellpathologie der UAB-Abteilung für Pathologie. „Adipositas ist mit verschiedenen Komorbiditäten verbunden, insbesondere mit kalorienreicher Ernährung und genetischer Veranlagung. Diese Studie beleuchtet mögliche Mechanismen hinter den schützenden Eigenschaften einer zeitlich begrenzten Ernährung gegen Skelettmuskelfunktionsstörungen und metabolische Beeinträchtigungen, die durch Fettleibigkeit verursacht werden.“
Die Ergebnisse könnten den Weg für zukünftige zeitlich begrenzte Ernährungsstudien in Muskeln ebnen und eine natürliche und erschwingliche Form der alternativen Therapie zur Behandlung von Pathologien im Zusammenhang mit Stoffwechsel und Fettleibigkeit bieten, sagt Melkani.
Melkani beschrieb auch seine langfristigen Forschungsziele. „Jüngste genomweite Assoziationsstudien und Exon-Sequenzierungsansätze haben eine Verbindung von zusätzlichen Genen mit genetischer Fettleibigkeit identifiziert. Fettleibigkeit ist stark mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Demenz verbunden. Die mechanistische Verbindung ist jedoch nach wie vor kaum verstanden, und es sind dringende Interventionen erforderlich, um diese Störungen zu lindern .
„Unser mechanistischer Ansatz – zusammen mit Interventionen, einschließlich zeitlich begrenztem Essen – wird sehr nützlich sein, um die im tiefen Süden beobachteten Unterschiede in Bezug auf Fettleibigkeit, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Demenz anzugehen und zu behandeln.“
Die Fruchtfliege ist ein zugängliches Modell zur Untersuchung menschlicher Stoffwechselerkrankungen. In der aktuellen Studie hat das fettreiche Diät-Fruchtfliegen-Modell der Fettleibigkeit eine Diät, die mit 5 Prozent Kokosöl ergänzt wird, und die Fruchtfliegen dürfen 24 Stunden am Tag fressen. Die zeitlich begrenzte Fütterung, fettreiche Ernährung Fruchtfliegen haben nur 12 Stunden am Tag Zugang zur fettreichen Ernährung. Das Sk2-Fliegenmodell für Fettleibigkeit weist eine Mutation im Sk2-Gen auf, die zu einer charakteristischen Akkumulation von Ceramid führt, das als Faktor für Fettleibigkeit in Betracht gezogen wird.
Zu den experimentellen Methoden für die Muskelleistung in der aktuellen Studie gehörten Flugtests, bei denen 10 bis 20 Fruchtfliegen in eine Plexiglasbox entlassen wurden und die Fähigkeit jeder Fliege, nach oben, horizontal, nach unten oder überhaupt nicht zu fliegen, gemessen wurde. Zu den Methoden gehörten auch die zytologische Analyse von Muskelgewebe und Bauchfettkörpern, Genexpressionsanalysen und die Messung von Glycin-, ATP- und Metabolitenspiegeln.
Mehr Informationen:
Christopher Livelo et al, Zeitbeschränkte Fütterung fördert die Muskelfunktion durch den Purinzyklus und die AMPK-Signalübertragung in Drosophila-Fettleibigkeitsmodellen, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36474-4