Wissenschaftler der Columbia University haben im Gehirn von Mäusen spezialisierte Neuronen gefunden, die den Tieren befehlen, mit dem Fressen aufzuhören. Obwohl bekannt ist, dass viele Fütterungskreisläufe im Gehirn eine Rolle bei der Überwachung der Nahrungsaufnahme spielen, treffen die Neuronen in diesen Kreisläufen nicht die endgültige Entscheidung, mit dem Essen aufzuhören. Die von den Columbia-Wissenschaftlern identifizierten Neuronen, ein neues Element dieser Kreisläufe, befinden sich im Hirnstamm, dem ältesten Teil des Wirbeltiergehirns. Ihre Entdeckung könnte zu neuen Behandlungsmethoden für Fettleibigkeit führen.
Unbekannte Zellen im Gehirn, die an der Appetitregulierung beteiligt sind
„Diese Neuronen sind anders als alle anderen Neuronen, die an der Regulierung der Sättigung beteiligt sind“, sagt Alexander Nectow, Arzt und Wissenschaftler am Vagelos College of Physicians and Surgeons der Columbia University, der die Forschung zusammen mit Srikanta Chowdhury, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter im Nectow-Labor, leitete. „Andere Neuronen im Gehirn sind normalerweise darauf beschränkt, zu erkennen, welche Nahrung wir zu uns nehmen, wie die Nahrung den Darm füllt oder welche Nährstoffe aus der Nahrung gewonnen werden. Die von uns gefundenen Neuronen sind insofern besonders, als sie all diese verschiedenen Informationen und mehr zu integrieren scheinen.“
Die Entscheidung, mit dem Essen aufzuhören, ist ein bekanntes Phänomen. „Es passiert jedes Mal, wenn wir uns zum Essen hinsetzen: An einem bestimmten Punkt während des Essens fühlen wir uns satt, dann werden wir noch satter und dann kommen wir an einen Punkt, an dem wir denken, okay, das reicht“, so die Forscher. Woher weiß das Gehirn, wann der Körper genug hat – und wie reagiert es auf diese Information, um mit dem Essen aufzuhören? Andere Forscher hatten zuvor die Entscheidungszellen bis zum Hirnstamm zurückverfolgt, aber die Spuren endeten dort.
Nectow und Chowdhury setzten neue Einzelzelltechniken ein, die es ermöglichen, in eine Region des Gehirns zu blicken und verschiedene Zelltypen zu erkennen, die bisher nur schwer voneinander zu unterscheiden waren. Diese Technik – räumlich aufgelöste molekulare Profilierung – ermöglicht es laut den Forschern, Zellen zu sehen, wo sie sich im Hirnstamm befinden, und wie ihre molekulare Zusammensetzung aussieht. Bei der Profilierung einer Hirnstammregion, die für die Verarbeitung komplexer Signale bekannt ist, entdeckten die Forscher bisher unbekannte Zellen, die ähnliche Eigenschaften wie andere Neuronen hatten, die an der Appetitregulierung beteiligt sind.
Therapien gegen Fettleibigkeit
Um zu sehen, wie die Neuronen das Fressverhalten beeinflussen, haben die Forscher die Neuronen so konstruiert, dass sie vom Forscher mit Licht ein- und ausgeschaltet werden können. Wenn die Neuronen durch das Licht aktiviert wurden, nahmen die Mäuse viel kleinere Mahlzeiten zu sich. Die Intensität der Aktivierung bestimmte, wie schnell die Tiere mit dem Fressen aufhörten. Interessanterweise signalisieren diese Neuronen nicht nur einen sofortigen Stopp, sondern helfen den Mäusen, ihr Fressen allmählich zu verlangsamen. Nectow und Chowdhury untersuchten auch, wie andere Essenskreisläufe und Hormone die Neuronen beeinflussten.
Die Forscher fanden heraus, dass die Neuronen durch ein Hormon, das den Appetit steigert, zum Schweigen gebracht und durch einen GLP-1-Agonisten, eine Klasse von Medikamenten, die heute zur Behandlung von Fettleibigkeit und Diabetes beliebt sind, aktiviert wurden. Diese Experimente ergaben, dass diese Eingaben den Neuronen halfen, jeden Bissen, den die Mäuse zu sich nahmen, zu verfolgen. Im Wesentlichen können diese Neuronen Nahrung riechen, sehen, im Mund und im Darm spüren und alle Darmhormone interpretieren, die als Reaktion auf den Verzehr freigesetzt werden. Und letztendlich nutzen sie all diese Informationen, um zu entscheiden, wann genug genug ist.
Obwohl die spezialisierten Neuronen bei Mäusen gefunden wurden, sagt Nectow, dass ihre Lage im Hirnstamm, einem Teil des Gehirns, der im Wesentlichen bei allen Wirbeltieren gleich ist, darauf hindeutet, dass Menschen höchstwahrscheinlich die gleichen Neuronen haben. Die Forscher glauben, dass dies ein wichtiger neuer Ansatzpunkt ist, um zu verstehen, was es bedeutet, satt zu sein, wie es dazu kommt, und wie es genutzt werden kann, um eine Mahlzeit zu beenden. Und sie hoffen, dass es in Zukunft für Therapien gegen Fettleibigkeit eingesetzt werden kann.
Warum wir zu Nahrung greifen
Unsere Motivation zu essen, wird von einem komplexen Netz von Zellen im Gehirn gesteuert, die Signale aus dem Körper sowie sensorische Informationen über die vor uns liegende Nahrung nutzen, um unser Verhalten zu bestimmen. Wissenschaftler von Scripps Research haben eine Gruppe von Neuronen in einer kleinen und wenig erforschten Region des Gehirns identifiziert – dem parasubthalamischen Nukleus (PSTN) –, die steuert, wann ein Tier beschließt, einen ersten Bissen von der Nahrung zu nehmen.
In einer Studie, die in Molecular Psychiatry veröffentlicht wurde, machte sich das Wissenschaftlerteam daran, eine Gruppe von PSTN-Zellen selektiv zu manipulieren, die ihre Aktivität in Phasen von Essattacken erhöhen. Andere Wissenschaftler haben beobachtet, dass viele PSTN-Zellen nach einer großen Mahlzeit aktiv werden, aber das Team fragte sich, wie diese Zellen den Appetit beeinflussen könnten. Das Forschungsteam fand heraus, dass die Gesamtheit der Zellen, die auf Essattacken reagieren, das Verhalten von Mäusen drastisch verändern kann.
Forschungsergebnisse könnten für Essstörungen relevant sein
Hungrige Mäuse beginnen normalerweise schnell zu fressen, sobald sie Nahrung zur Verfügung haben. Aber als die Forscher diese Gesamtheit der PSTN-Zellen aktivierten, begannen die Mäuse viel langsamer zu fressen und überraschenderweise viel schneller, Wasser zu trinken. Diese Ergebnisse zeigen, dass diese spezifische Gruppe von PSTN-Zellen die frühen Phasen der durch Hunger gesteuerten Entscheidungsfindung steuert, bevor es tatsächlich zum Fressen kommt. Durch die Manipulation noch kleinerer Zellgruppen innerhalb des PSTN konnte das Team genau herausfinden, welche Zellgruppen für das verzögerte Fressen und das beschleunigte Trinken verantwortlich waren.
Sie entdeckten auch, dass eine weitere Gruppe von PSTN-Zellen einen anderen Effekt auslöst und die Mäuse dazu drängt, mehr Süßes zu essen. Diese Forschungsergebnisse könnten für Essstörungen relevant sein, bei denen Menschen entweder zu viel oder zu wenig Kontrolle über den Beginn der Nahrungsaufnahme haben – die Entscheidung, dem ersten Bissen nachzugeben oder länger zu warten. Abgesehen von Nahrung und Wasser könnten ähnliche Mechanismen beim Verlust der Kontrolle über den Konsum von Belohnungssubstanzen wie Drogen eine Rolle spielen.