Die Professur für Sportbiologie unter der Leitung von Prof. Dr. Henning Wackerhage war mit einem Teilprojekt innerhalb eines DFG-Sonderforschungsbereiches/Transregio (SFB/TRR) erfolgreich. Gemeinsam mit dem Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Bonn wird die Professur das Projekt P04 „ExBat: Effect of acute and chronic exercise on human thermogenic adipose tissue & elucidation of mechanisms“ durchführen. Der Förderbetrag für beide Institute liegt bei rund 550.000 Euro.
Der SFB/TRR mit dem Titel „Braunes und beiges Fett – Organinteraktionen, Signalwege und Energiehaushalt (BATenergy)“ wird federführend von der Universität Bonn zusammen mit der Universität Hamburg und der TU München umgesetzt.
Weltweit leiden insbesondere in den westlichen Industrienationen rund drei Milliarden Menschen an Übergewicht und Fettleibigkeit. Dies führt zu Folgeerkrankungen wie Typ-2-Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen sowie Krebs. Seit Kurzem ist bekannt, dass das thermogene Fettgewebe, das aus braunem und beigem Fettgewebe besteht, wichtig für einen gesunden Energiestoffwechsel ist. Zudem kann eine hohe Aktivität des thermogenen Fettgewebes vor metabolischen Krankheiten wie Typ-2-Diabetes oder Adipositas schützen, da es durch die Produktion von Wärme den Energieumsatz erhöht. Das Ziel ist es, herauszufinden, wie weißes Fettgewebe, das keine Wärme produzieren kann, in beiges Fettgewebe, das Wärme produzieren kann, gewandelt werden kann. Zudem soll untersucht werden, wie beiges und braunes Fettgewebe aktiviert werden kann, so dass über eine erhöhte Wärmeproduktion mehr Kalorien verbrannt werden. Der SFB/Transregio will hierzu übergreifend forschen, um die Ursachen für die Übergewichtigkeit zu verstehen und um Behandlungsmethoden für metabolische Krankheiten zu entwickeln.
Das von der Projektgruppe Wackerhage durchgeführte Teilprojekt P04 untersucht, wie körperliches Training die Bräunung des weißen Fettgewebes reguliert und wie es den Energieverbrauch und die Wärmeproduktion des beigen und braunen Fettgewebes beim Menschen beeinflusst. Dafür werden insgesamt drei Studien durchgeführt. In der ersten Studie werden zwölf Frauen und zwölf Männer im Alter von 18 bis 40 Jahren drei Trainingseinheiten in zufälliger Reihenfolge absolvieren: ein hochintensives HIIT-Training („high intensity interval training“), ein kontinuierliches Training mit moderater Intensität („moderate intensity continuous exercise“/MICT) und ein Widerstandstraining mit sechs Krafttrainingsübungen. Während aller Experimente werden Blutproben jeweils fünf Minuten, 30 Minuten und 120 Minuten nach der körperlichen Belastung entnommen. Von diesen Blutproben werden anschließend die Laktat-, Glukose- und Insulinwerte analysiert. Das Serum des Bluts wird verwendet, um durch die Messung des wärmeproduzierenden Proteins UCP1 („Uncoupling Protein 1“) in menschlichen Fettzellen zu untersuchen, ob das Belastungsserum weiße Fettzellen in beige Fettzellen wandelt und ob es die Wärmeproduktion in beigen und braunen Fettzellen stimuliert.
„Das braune Fettgewebe sitzt beim Menschen im Bereich der Schulter sowie an der Wirbelsäule“, erklärt Prof. Wackerhage. „In bisherigen Studien wurde nachgewiesen, dass Menschen, die mehr braunes Fettgewebe besitzen, insgesamt gesünder sind. Aus diesem Grund wollen wir nun herausfinden, woran das liegt und wie man das beige und braune Fettgewebe aktivieren kann, damit es Hitze produziert und Kalorien verbrennt. Unser Fokus liegt dabei auf körperlicher Belastung, nachdem unsere und andere Daten gezeigt haben, dass körperliche Belastung einen Einfluss auf das thermogene Fettgewebe hat. Man kennt dieses Phänomen als das sogenannte Nachbrennen nach dem Sport, also dass auch nach körperlicher Belastung weiterhin noch vermehrt Energie verbraucht wird. Wir vermuten, dass es daran liegt, dass das thermogene Fettgewebe aktiviert ist. Aus diesem Grund untersuchen wir nun, welcher Sport am besten funktioniert, um die Wärmeproduktion und den erhöhten Energieverbrauch zu initiieren.“
Im Rahmen der zweiten Studie soll analysiert werden, wie sich die Regulation des thermogenen Fettgewebes verändert, wenn Proband_innen kontinuierlich über zwölf Wochen trainieren. Auch hier werden zwölf weibliche und männliche Probanden rekrutiert, die über drei Monate entweder ein Ausdauer- oder ein Muskelaufbautraining absolvieren. Vor und nach dem zwölfwöchigen Training werden bei allen Teilnehmer_innen subkutane Biopsien des weißen Fettgewebes vorgenommen. Von der Hälfte der Proband_innen soll zudem braunes Fettgewerbe entnommen werden. Aus diesen Proben soll RNA extrahiert werden, um zu sehen, ob das Trainingsprogramm die Menge des wärmeproduzierenden UCP1-Proteins verändert. Von entnommenen Blutproben wird wiederum das Serum benutzt, um zu analysieren, wie es die Wärmeproduktion von Fettzellen beeinflusst. All dies wird zeigen, wie stark mit einem Trainingsprogramm die Fähigkeit zur Wärmeproduktion und zur Energieverbrennung beeinflusst werden kann und welche Trainingsart dabei am besten funktioniert.
Die dritte Studie dient dazu, Mechanismen zu identifizieren, über die man bei einer körperlichen Belastung das thermogene Fettgewebe reguliert. „Hier ist das Ziel die Entdeckungsforschung“, so Prof. Wackerhage. “Wir wollen nicht nur beschreiben, wie körperliche Belastung die Wärmeproduktion und den Energieumsatz beeinflusst, sondern werden auch versuchen, diejenigen Moleküle zu identifizieren, die dies regulieren. Durch die Kooperation mit den starken anderen Arbeitsgruppen in diesem Sonderforschungsbereich/Transregio haben wir hier eine gute Chance, Moleküle zu entdecken, die entweder weiße Fettzellen in beige Fettzellen wandeln oder die den Energieverbrauch erhöhen, indem sie beige und braune Fettzellen aktivieren.“
Hintergrund:
Sonderforschungsbereiche (SFB) sind langfristige, auf die Dauer von bis zu zwölf Jahren (in der Regel drei mal vier Jahre) angelegte Forschungseinrichtungen der Hochschulen, in denen Wissenschaftler_innen im Rahmen eines fächerübergreifenden Forschungsprogramms zusammenarbeiten. Der klassische SFB wird in der Regel von einer Hochschule beantragt. Der SFB-Transregio (TRR) wird von mehreren (in der Regel bis zu drei) Hochschulen gemeinsam beantragt. Die Förderung ermöglicht eine enge überregionale Kooperation zwischen Hochschulen und den dort Forschenden sowie eine Vernetzung und gemeinsame Nutzung der Ressourcen. Für SFB/TRR stehen im Haushalt der DFG insgesamt jährlich knapp 830 Millionen Euro zur Verfügung. Die DFG fördert damit ab Januar 2022 insgesamt 279 SFB.
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Kontakt:
Prof. Dr. Henning Wackerhage
Professur für Sportbiologie
Georg-Brauchle Ring 60/62
80992 München
Tel.: 089 289 24480
E-Mail: Henning.Wackerhage(at)tum.de
Text: Romy Schwaiger
Fotos/Grafik: Prof. Dr. Henning Wackerhage/DFG/privat