Fett spielt in unserem Organismus eine wesentliche Rolle. Es wird von unseren Zellen dazu verwendet, in Form von Fettsäuren Energiereserven anzulegen, auf die der Körper bei Bedarf zurückgreifen kann. Der Organismus speichert Fett auf zwei Arten: einerseits in speziell für diese Aufgabe vorgesehenen Fettgeweben, andererseits in kleinen Vakuolen, die sich in den anderen Zelltypen befinden und mit sogenannten «Fetttröpfchen» (Fettsäuren) gefüllt sind.

Diese Reserven sind lebensnotwendig. Wird allerdings zu viel Fett in den Zellen eingelagert, kann dies zu Adipositas führen, die mit verschiedenen Gesundheitsproblemen wie Herz- oder Diabeteserkrankungen einhergeht. Viele Details zu den Zell- und molekularbiologischen Abläufen des Fettstoffwechsels sind noch ungeklärt und werden derzeit intensiv erforscht.

Prof. Stefano Vanni und sein Team des Departements für Biologie der Universität Freiburg sind der Frage nachgegangen, wie die Bildung der Fetttröpfchen in den Zellen initiiert wird. Sie untersuchten dabei insbesondere das Protein Seipin. Dieses ist an dem Prozess beteiligt, welcher der kongenitalen Lipodystrophie, einer überaus gravierenden Fettstoffwechselerkrankung, zugrunde liegt. In zwei jüngst veröffentlichten Publikationen hat das Team aufgezeigt, wie dieses Protein die Bildung eines Fetttröpfchens initiiert und inwiefern die Fettsäuren, welche die Zellmembranen bilden, bei diesem Vorgang eine Rolle spielen.

Zellen, Hefe und Computer
Das Forschungsteam hat diesen Vorgang zum ersten Mal in seinen molekularbiologischen Details beschrieben. Dazu haben die Forschenden drei Ansätze kombiniert: Versuche mit menschlichen Zellen, Experimente mit genetisch modifizierter Hefe zur Untersuchung des Proteins Seipin und detaillierte Computersimulationen. Der letztgenannte Ansatz ist ein Spezialgebiet von Prof. Stefano Vanni: Grossangelegte Simulationen der komplexen Lebensprozesse auf Zellebene – Molekül um Molekül. Diese Simulationen ermöglichen es, den Mechanismus der molekularbiologischen Abläufe im Detail zu verstehen, und zwar umfassender als dies mit Laborversuchen möglich ist.

Millionen für die Fettforschung
Prof. Vanni erhielt für seine Pionierarbeit auf diesem Gebiet zwei bedeutende Finanzierungen: einen Eccellenza Grant des Schweizerischen Nationalfonds und ein Stipendium des Europäischen Forschungsrats – zusammengenommen stehen dem Forschungsteam über vier Millionen Schweizer Franken zur Verfügung!

«Ein besseres Verständnis darüber, wie die Fetttröpfchen in den Zellen gebildet werden und welche Rolle Seipein dabei spielt, stellt mit Blick auf den Umgang mit Übergewicht und Adipositas einen wichtigen Schritt dar», erklärt Prof. Vanni. «Selbstverständlich kann man nicht einfach in die Arbeit dieses Proteins eingreifen, denn die Bildung der Fetttröpfchen als Energiereserve ist für den Organismus lebenswichtig. Unterbindet man diese, kommt es in der Zelle zu einer Ansammlung von Fettsäuren, was schliesslich zum Tod der Zelle führt. Aber ein vertieftes Verständnis der Vorgänge auf molekularer Ebene eröffnet neue Möglichkeiten, um bestimmte Vorgänge zu begünstigen oder zu bremsen und neue Tools für den Umgang mit der Adipositas-Problematik zu entwickeln.»

Referenzen
Die Studienergebnisse wurden in den Fachzeitschriften eLife und PNAS am 1. Februar 2021 bzw. am 5. März 2021 veröffentlicht.

Valeria Zoni, Rasha Khaddaj, Ivan Lukmantara, Wataru Shinoda, Hongyuan Yang, Roger Schneiter, Stefano Vanni: Seipin accumulates and traps diacylglycerols and triglycerides in its ring-like structure, 2021. Proceedings of the National Academy of Sciences March 2021, 118 (10) DOI: 10.1073/pnas.2017205118

Valeria Zoni, Rasha Khaddaj, Pablo Campomanes, Abdou Rachid Thiam, Roger Schneiter, Stefano Vanni. Pre-existing bilayer stresses modulate triglyceride accumulation in the ER versus lipid, 2021. eLife 2021; 10:e62886 DOI: 10.7554/eLife.62886

Forschungsprojekte

«Intracellular lipid droplets: using computer simulations to link biophysics with cell biology», Förderungsprofessur des Schweizerischen Nationalfonds, 2017–2022, CHF 2,4 Mio.

The Molecular Dynamics of Membrane Contact Sites», Stipendium des Europäischen Forschungsrats (ERC), 2019-2024, € 1,5 Mio. (CHF 1,65 Mio.)