Forschende am Biozentrum der Universität Würzburg haben in einer neuen Studie die Mechanismen untersucht, wie Insulin produzierende Zellen (IPCs) bei Drosophila melanogaster reguliert werden. Insulin, ein zentrales Hormon im Stoffwechsel, beeinflusst in vielen Organismen, einschließlich Menschen, maßgeblich die Kontrolle über den Energiehaushalt. Die Ausschüttung von Insulin erfolgt bei Nahrungsüberfluss, während sie in Hungerzeiten vermindert wird. Ein Ungleichgewicht in diesem System kann zu schwerwiegenden Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes führen. Die Ergebnisse der Studie wurden am 29. Januar 2025 im Journal eLife veröffentlicht und stehen unter der Leitung von Dr. Jan M. Ache.
Die Spezifik der Insulinproduktion ist bei Fruchtfliegen besonders interessant, da es nicht in der Bauchspeicheldrüse, sondern in Nervenzellen des Gehirns produziert wird. In einem hochgradig spezialisierten Prozess wird das Insulin in die Hämolymphe, das Blut der Insekten, abgegeben. Die Forschung zielt darauf ab, besser zu verstehen, wie IPCs mit anderen neuronalen Zellen im Fliegengehirn kommunizieren. Dazu setzten die Wissenschaftler eine innovative Methode ein, um die Aktivität der IPCs in lebenden Fliegen zu messen.
Ergebnisse der Studie
Besonders bemerkenswert ist, dass die IPCs Insulin freisetzen, wenn die Fliegen Zucker aus ihrer Nahrung aufnehmen, jedoch nicht bei einer direkten Injektion in die Hämolymphe. Dieses Phänomen könnte Parallelen zu dem beim Menschen bekannten Inkretin-Effekt aufweisen und deutet auf eine komplexere Steuerung der Insulinausschüttung hin. Interessanterweise ist die Aktivität der IPCs bei älteren Fliegen geringer, was auf eine veränderte Zuckerverarbeitung hindeutet.
Im Rahmen der Untersuchung wurde auch festgestellt, dass das Futtersuchverhalten der Fliegen stark mit ihren Energiereserven und der Insulinausschüttung korreliert. Ein wesentlicher Befund ist, dass optogenetische Stimulation der IPCs nur eine geringe Rolle bei der Beeinflussung des Futtersuchverhaltens spielt. Diese Ergebnisse könnten weitreichende Implikationen für das Verständnis menschlicher Krankheiten wie Diabetes haben, da es signifikante genetische und metabolische Ähnlichkeiten zwischen Menschen und Fruchtfliegen gibt.
Zusätzliche Erkenntnisse zur Insulinregulation
Eine ergänzende Untersuchung zeigt, dass bei einer genomischen Deletion von DILPs 1-5, die Drosophila-Fliegen präsentieren, Merkmale des Typ-1-Diabetes aufweisen. Diese homozygoten Fliegen sind trotz ihrer Lebensfähigkeit kleiner und zeigen Entwicklungsverzögerungen. Dies lässt darauf schließen, dass die Insulinregulation in der Fliege nicht nur für das Wachstum, sondern auch für die Aufrechterhaltung eines stabilen Energiehaushalts von zentraler Bedeutung ist. Insbesondere ist bei diesen Fliegen eine Erhöhung des Blutzuckerspiegels zu beobachten, was die Relevanz der DILPs unterstreicht.
Zusätzlich beeinflusst Insulin das Verhalten in Bezug auf Nahrungsaufnahme und Gedächtnis, was ebenfalls zeigt, wie wichtig die hormonelle Regulation für das Überleben der Art ist. Drosophila ist durch seine vereinfachte genetische Struktur ein wertvolles Modell, um die Insulinsignalisierung und deren Auswirkungen auf neuronale Funktionen und Verhaltensweisen fundiert zu analysieren. Diese Erkenntnisse sind nicht nur für die Grundlagenforschung von Bedeutung, sondern könnten auch Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer Therapien bei metabolischen Erkrankungen bieten, die zunehmend zu einem gesundheitlichen Problem in der modernen Gesellschaft werden.