Eine aktuelle Studie hat ergeben, dass Glukose (Blutzucker) eine entscheidende Rolle als Hauptregulator der Gewebedifferenzierung spielt, einem Prozess, bei dem sich Stammzellen in spezialisierte Zellen verwandeln, aus denen die verschiedenen Gewebe des Körpers bestehen.
Die Studie wurde von Forschern der Stanford University School of Medicine (USA) durchgeführt und ihre Ergebnisse wurden am 21. März in der Zeitschrift Cell Stem Cell veröffentlicht. Auch die Website EurekAlert berichtete darüber.
Eine zufällige Entdeckung
Glukose war nicht das primäre Ziel der Forscher, als sie begannen, Moleküle zu erforschen, die die Zelldifferenzierung stimulieren. Sie führten umfangreiche Experimente mit Stammzellen aus menschlicher Haut durch, die sich zu reifen Keratinozyten entwickelten – den dominierenden Zellen in der äußeren Hautschicht. Mithilfe modernster Techniken maßen sie Schwankungen der Biomolekülkonzentrationen während des Differenzierungsprozesses.
Sie kamen zu dem Schluss, dass Moleküle, deren Häufigkeit während der Differenzierung deutlich zunimmt, in diesem Prozess eine Schlüsselrolle spielen könnten.
Die Forscher identifizierten 193 verdächtige Moleküle. Überraschenderweise stellten sie im Verlauf der Differenzierung keinen Rückgang des Glukosespiegels fest, sondern einen deutlichen Anstieg.
Dieser Anstieg veranlasste das Team, die Bedeutung von Glukose neu zu bewerten. Mithilfe fluoreszierender oder radioaktiver Glukoseanaloga konnten Forscher die Glukosedynamik innerhalb von Zellen während der Differenzierung visualisieren.
Während die Zellen ihren Spezialisierungspfad durchliefen, zeigte die in den Zellen beobachtete Zunahme der Lichtintensität eine zunehmende Glukoseaktivität an, was darauf schließen lässt, dass Glukose als Schlüsselsignal für die Förderung der Differenzierung fungiert.
Untersuchungen an anderen menschlichen Zelltypen – darunter Fett-, Knochen- und einige sich entwickelnde weiße Blutkörperchen – haben ähnliche Muster gezeigt, was darauf hindeutet, dass die Rolle von Glukose bei der Gewebedifferenzierung weit verbreitet zu sein scheint.
Viel mehr als nur eine Energiequelle
Diese Ergebnisse haben großes Interesse geweckt. Die Forscher untersuchten daher unter verschiedenen experimentellen Bedingungen weiter die Auswirkungen unterschiedlicher Glukosespiegel auf die Keratinozytendifferenzierung. Sie entdeckten, dass sich menschliche Hautorganoide – im Labor rekonstruiertes und in einem Medium gezüchtetes Hautgewebe, das echte Haut nachahmt – nicht richtig differenzierten, wenn der Glukosespiegel niedriger als normal war.
Die Lösung war ebenso einfach wie unerwartet: Einführung eines Glukoseanalogon, das nicht metabolisiert werden konnte. Dieser Eingriff reichte aus, um die Differenzierung wiederherzustellen und bestärkte die Annahme, dass Glukose eine Rolle spielt, die über ihre Energiefunktion hinausgeht.
Dr. Paul Khavari, MD, Ph.D., Chefarzt der Dermatologie an der Stanford University, sagte:
« Es war ein Schock. Wir waren davon überzeugt, dass Glukose nur eine Energiequelle sei. „Aber diese nicht metabolisierbaren Analoga unterstützen die Differenzierung genauso wie klassische Glukose. "
Forscher hoffen nun, die Rolle von Glukose in gesunden und kranken Zellen besser zu verstehen. Diese neuen Erkenntnisse könnten bei der Behandlung von Komplikationen helfen, die mit einer abnormalen Glukoseregulation bei Krankheiten wie Diabetes oder sogar bei der Entstehung von Krebs zusammenhängen – einer Erkrankung, die oft mit undifferenzierten Zellen und unkontrolliertem Zellwachstum einhergeht.
Diese Studie eröffnet somit den Weg für zukünftige Forschungen und hebt die vielfältigen Facetten hervor, die einfache Moleküle wie Glukose in zellulären Prozessen einnehmen können. Während die Wissenschaftsgemeinde die Rolle der Glukose in der Zellbiologie neu betrachtet, wird immer deutlicher, dass auch in anderen kleinen Molekülen unerwartete Funktionen entdeckt werden könnten.
