Für viele Menschen mag der Zucker, den wir essen, wie ein Luxus erscheinen, der mehr schaden als nützen kann. Doch jetzt haben Forscher aus Japan herausgefunden, dass Nahrungszucker bei Insekten eine Schlüsselrolle bei der Fortpflanzung spielt.
In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Wissenschaftliche Fortschrittehat eine von der Universität Tsukuba geleitete Forschungsgruppe erstmals gezeigt, dass Fruktose, die aus Nahrungszucker wie Glukose verstoffwechselt wird, für eine verbesserte Eiproduktion in Fruchtfliegen benötigt wird.
Die Produktion und erfolgreiche Entwicklung von Eizellen in Organismen hängt von der Verfügbarkeit von Nährstoffen ab, da Oozyten (die Zellen, die sich zu Eizellen entwickeln) viel Energie benötigen, um sich zu reifen Eizellen zu entwickeln. Dies gilt insbesondere für die Insekten-Oogenese (die Produktion von Eiern im Eierstock), die unter Bedingungen mit unzureichend verfügbaren Nährstoffen stark eingeschränkt ist. Die Oogenese von Insekten wird auch durch Paarungsreize beeinflusst, die die Produktion von Eiern beschleunigen.
„Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) sind ideal, um die Mechanismen zu untersuchen, die Oogenese, Nährstoffverfügbarkeit und Paarungsreize verbinden“, sagt Professor Ryusuke Niwa, Hauptautor der Studie. „In dieser Studie haben wir Fruchtfliegen verwendet, um zu untersuchen, ob Ernährung und Paarung voneinander abhängig sind, um Keimbahn-Stammzellen (GSCs) zu vermehren.“
Frühere Forschungen hatten gezeigt, dass bei D. melanogaster Ernährung und Paarung an einer beobachteten Zunahme von GSCs beteiligt sind, die sich zu Gameten (Fortpflanzungszellen) differenzieren. In dieser Studie fanden die Forscher heraus, dass Nahrungszucker für diesen Anstieg der GSCs nach der Paarung notwendig sind. Nahrungsglukose wird für die paarungsinduzierte Freisetzung von Neuropeptid F (NPF, ein chemischer Botenstoff aus kleinen Aminosäureketten) benötigt. NPF wird von enteroendokrinen Zellen (EECs, spezialisierte Zellen im Magen-Darm-Trakt und in der Bauchspeicheldrüse, die hormonelle Funktionen erfüllen) freigesetzt. NPF vermittelt dann eine Verstärkung der GSC-Nischensignalisierung (ein Mechanismus, der die Stammzellen mit den Signalen versorgt, die sie zur Selbsterneuerung anweisen).
Ein unerwarteter Befund war, dass Nahrungsglukose nicht direkt auf NPF-positive EECs (EECs, die NPF sezernieren können) wirkt. Stattdessen trägt es zu einem Anstieg der Fruktose in der Hämolymphe bei (das Äquivalent von Blut in Insekten), die über den Polyolweg (ein zweistufiger Prozess, der Glukose in Fruktose umwandelt) erzeugt wird. Erhöhte Fructosespiegel stimulieren den fructosespezifischen Geschmacksrezeptor, Gr43a, in NPF-positiven EECs, was zur Sekretion von NPF führt.
„Unsere Studie zeigt, dass zirkulierende Fructose, die aus Zuckern in der Nahrung der Fruchtfliegen gewonnen wird, für die Erhöhung der GSCs erforderlich ist, die zu einer verbesserten Eiproduktion nach der Paarung führt“, erklärt Professor Niwa.
Die Ergebnisse dieser Studie werden auf die Frage anwendbar sein, ob zirkulierende Fruktose auch eine wesentliche Rolle bei der Fortpflanzung von Säugetieren spielt. Interessante Anwendungen dieser Erkenntnisse umfassen Untersuchungen zum Schwangerschaftsdiabetes beim Menschen und zu den schädlichen Wirkungen von Fructose während der Schwangerschaft.
Mehr Informationen:
Ryo Hoshino et al, Zirkulierende Fructose reguliert eine Keimbahn-Stammzellvermehrung über die gustatorische Rezeptor-vermittelte Darmhormonsekretion bei gepaarten Drosophila, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.add5551