Braunes Fettgewebe
Das braune oder plurivakuoläre Fettgewebe ist eine spezielle Form des Fettgewebes, dessen Zellen in der Lage sind, durch die Oxidation von Fettsäuren Wärme zu produzieren (Thermogenese). Dies geschieht in zahlreichen Mitochondrien, die auch für die gelb-bräunliche Färbung des Gewebes verantwortlich sind. Biochemisch wird durch das Membranprotein Thermogenin die Fettsäureoxidation von der Synthese des Energieträgers Adenosintriphosphat (ATP) entkoppelt, so dass die freigesetzte Energie in Wärme umgesetzt wird.
Vorkommen
Braunes Fettgewebe findet sich bei allen neugeborenen Säugetieren außer beim Schwein.[1] Neugeborene sind stärker durch Auskühlung bedroht, da sie auf Grund der geringeren Größe (größere Körperoberfläche im Vergleich zum Volumen) mehr Wärme verlieren, und die Mechanismen der Thermoregulation (z. B. isolierendes weißes Fettgewebe und Kältezittern) noch nicht vollständig ausgebildet sind. Beim menschlichen Säugling findet sich braunes Fettgewebe vor allem an Hals und Brust.
Für Erwachsene wurde angenommen, dass sie über keine aktiven braunen Fettzellen mehr verfügten. Durch neuere Studien wurde festgestellt, dass „mindestens um die zehn Prozent“ der Erwachsenen über aktive braune Fettzellen verfügen könnten.[2] Beim Menschen wird die Aktivität der braunen Fettzellen stark durch Kältereiz ausgelöst und durch das sympathische Nervensystem stimuliert.
Besonders Nagetiere besitzen auch im erwachsenen Zustand noch größere Mengen braunen Fettgewebes und können bei Bedarf mittels Katecholaminen weißes in braunes Fettgewebe umwandeln und so Kältephasen gut überstehen. Bei Winterschlaf haltenden Tieren finden sich ebenfalls größere Mengen braunen Fettgewebes, die der schnellen Erwärmung des Tieres in den Aufwachphasen dienen.
In manchen Vögeln treten histologisch ähnliche Gewebe auf, die jedoch kein Thermogenin aufweisen und nicht der Thermogenese dienen.[3] Allerdings können manche Vögel in den Skelettmuskeln über biochemisch ähnliche Mechanismen Wärme erzeugen.[4]
Histologie
Die Zellen des braunen Fettgewebes sind allgemein kleiner als die in weißem Fettgewebe und haben viele, kleinere Lipidtropfen. Sie werden daher im Gegensatz zu den univakuolären Zellen des weißen Fettgewebes als plurivakuolär bezeichnet. Zudem zeichnen sie sich durch besonderen Reichtum an Mitochondrien aus, die aufgrund ihres Gehalts an Cytochromen auch für die braune Farbe verantwortlich sind.
Biochemie
Das in braunem Fettgewebe in der inneren Membran der Mitochondrien vorhandene Protein Thermogenin dient als Entkoppler, indem es als Uniporter Protonen über die Membran transportiert. Hierdurch wird der durch β-Oxidation und Atmungskette aufgebaute Protonengradient abgebaut und die darin gespeicherte Energie in Wärme umgesetzt (Thermogenese). Daneben weist braunes Fettgewebe eine besonders hohe Konzentration an Glycerokinase auf, so dass das beim Fettabbau freiwerdende Glycerin phosphoryliert und ebenfalls metabolisch umgesetzt werden kann. Vermutlich wird durch Irisin eine Umwandlung von weißem zu braunem Fettgewebe eingeleitet.
Regulation
Die Thermogenese im braunen Fettgewebe wird über das Hormon Noradrenalin aktiviert, das über einen G-Protein-gekoppelten β-Rezeptor die Adenylatcyclase aktiviert. Das gebildete cAMP aktiviert wiederum die Proteinkinase A, die über Phosphorylierung von Lipasen den Fettabbau einleitet. Zudem ist braunes Fettgewebe sympathisch innerviert.
Aktivität und Bildung von braunem Fettgewebe wird vom PGC-1alpha (Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma coactivator) gesteigert,[5] der wiederum stark nach Kältereiz ausgeschüttet wird.[5]
Es gibt Hinweise dafür, dass das Verhältnis zwischen braunem und weißem Fettgewebe von der Mikro-RNA 155 beeinflusst wird.[6]
Die Produktion von braunem Fettgewebe sowie dessen Aktivität kann durch die Einnahme von Statinen reduziert bezw. eingeschränkt werden.[7]
Literatur
- Georg Löffler, Petro E. Petrides, Peter C. Heinrich: Biochemie und Pathobiochemie. 8. Auflage. Springer, Heidelberg 2006, ISBN 3-540-32680-4.
- Werner A. Müller: Tier- und Humanphysiologie. Springer, Heidelberg 1998, ISBN 3-540-63313-8.
Einzelnachweise
- Frida Berg, Ulla Gustafson, Leif Andersson: The Uncoupling Protein 1 Gene (UCP1) Is Disrupted in the Pig Lineage: A Genetic Explanation for Poor Thermoregulation in Piglets. In: PLoS Genetics. 18. August 2006.
- Jan Nedergaard, Tore Bengtsson, Barbara Cannon: Unexpected evidence for active brown adipose tissue in adult humans. In: American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism. Band 293, 2007, S. E444–E452 (englisch).
- Seppo Saarelaa, Jacqueline S. Keithb, Esa Hohtolaa, Paul Trayhurn: Is the “mammalian” brown fat-specific mitochondrial uncoupling protein present in adipose tissues of birds? In: Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology. Band 100, Nr. 1, 1991, S. 45–49 (englisch).
- Darren A. Talbot, Claude Duchamp, Benjamin Rey, Nicolas Hanuise, Jean Louis Rouanet, Brigitte Sibille, Martin D. Brand: Uncoupling protein and ATP/ADP carrier increase mitochondrial proton conductance after cold adaptation of king penguins. In: The Journal of Physiology. Band 558, Nr. 1, 2004, S. 123–135 (englisch).
- Huiyun Liang, Walter Ward: PGC-1alpha: a key regulator of energy metabolism. In: Advan. Physiol. Edu. 30, 2006, S. 145–151, doi:10.1152/advan.00052.2006, Volltext (Memento vom 23. November 2010 im Internet Archive) (englisch).
- Yong Chen, Franziska Siegel, Stefanie Kipschull, Bodo Haas, Holger Fröhlich, Gunter Meister, Alexander Pfeifer: miR-155 regulates differentiation of brown and beige adipocytes via a bistable circuit. In: Nature Communications. 4, 2013, S. 1769. doi:10.1038/ncomms2742.
- Inhibition of Mevalonate Pathway Prevents Adipocyte Browning in Mice and Men by Affecting Protein Prenylation. In: Cell Metabolism. 20. Dezember 2018, ISSN 1550-4131, doi:10.1016/j.cmet.2018.11.017 (sciencedirect.com [abgerufen am 23. Dezember 2018]).