Das Gehirn wird durch kalorienreiche Ernährung negativ beeinflusst

Eine fett- und kalorienreiche Ernährung ist mit einem erhöhten Risiko für kognitive Beeinträchtigungen und neurodegenerative Erkrankungen wie beispielsweise Alzheimer verbunden. Verantwortlich hierfür ist offenbar ein verändertes sogenanntes Spleißen der RNA (RNA-Splicing), wodurch die Expression eines bestimmten Proteins im Gehirn sinkt.

Welche molekularen Mechanismen kognitive Beeinträchtigungen mit einer fett- und kalorienreichen Ernährung verbinden, hat ein japanisches Forschungsteam um Professor Hitoshi Okazawa vom Institute of Science Tokyo in einer aktuellen Studie untersucht. Die Ergebnisse sind in dem Fachmagazin „Molecular Psychiatry“ veröffentlicht.

Kalorienreiche Ernährung ein Gesundheitsrisiko

Aus früheren Forschungsarbeiten ist bekannt, dass eine fett- und kalorienreiche Ernährung zu Fettleibigkeit (Adipositas) und Stoffwechselstörungen wie Diabetes beitragen kann, berichten die Forschenden.

Auch gebe es zunehmende Belege für mögliche negative Auswirkungen auf die Gehirnfunktionen und die kognitiven Fähigkeiten. So wurde eine fett- und kalorienreiche Ernährung laut den Fachleuten bereits in verschiedenen Studien mit einer schlechteren kognitiven Leistungsfähigkeit und einem erhöhten Risiko für neurodegenerative Erkrankungen in Verbindung gebracht.

Welche Mechanismen spielen eine Rolle?

Mögliche Erklärungen für die Zusammenhänge könnten in Prozessen wie der Insulinresistenz und Entzündungen liegen, allerdings sind genauen molekularen Mechanismen, die eine fett- und kalorienreiche Ernährung mit kognitiven Beeinträchtigungen verknüpfen, unklar, erläutern die Forschenden.

Das Verständnis der neuronalen Veränderungen, die einer ernährungsbedingten kognitiven Beeinträchtigung zugrunde liegen, sei bisher begrenzt. An Mäusen untersuchte das Team daher nun die Auswirkungen einer fettreichen Ernährung auf die Gehirnfunktion mit besonderem Fokus auf das Protein PQBP1.

PQBP1 spielt eine wesentliche Rolle bei dem sogenannten alternativen RNA-Splicing, das wiederum die Funktion der Synapsen maßgeblich beeinflusst. Bei fehlerhaftem RNA-Splicing droht eine Fehlfunktion der Synapsen, erklärt das Forschungsteam.

Verringerte PQBP1-Spiegel im Gehirn

Nachdem Mäuse mit einer fettreichen Nahrung gefüttert wurden, zeigten sich verringerte PQBP1-Spiegel in der Großhirnrinde, einer wichtigen Hirnregion für die kognitiven Funktionen, berichten die Forschenden.

Dieser Effekt sei mit einer unterdrückten, durch PPARγ vermittelten Transkription des PQBP1-Gens verbunden, was darauf hindeute, dass insulinbezogene Signalwege als zugrunde liegender Mechanismus eine Rolle spielen.

Weiterhin untersuchte das Team, welche Auswirkungen der verringerte PQBP1-Spiegel auf die Neuronen hat. Hierfür verglichen die Forschenden das alternative RNA-Splicing bei Mäusen, die über einen Zeitraum von einer oder sechs Wochen eine fettreiche Nahrung erhalten hatten, mit dem von Mäusen, denen PQBP1 in den Neuronen fehlte.

Beeinträchtige Funktion der Synapsen

Hierbei zeigten sich gemeinsame Veränderungen, die bestimmte Gene betreffen, welche an synaptischen Funktionen beteiligt sind. Und in weitere Experimenten war das abnormal veränderte alternative RNA-Splicing der PQBP1-Zielgene mit Störungen der synaptischen Struktur und Funktion sowie kognitiven Beeinträchtigungen verbunden, erläutern die Forschenden.

„Unsere Ergebnisse decken einen molekularen Mechanismus auf, der eine kalorienreiche Ernährung mit kognitiven Beeinträchtigungen verknüpft. Eine verringerte PQBP1-Expression verändert das alternative Spleißen von Genen, die mit Synapsen in Zusammenhang stehen, und trägt so zu synaptischen Funktionsstörungen bei“, fasst Professor Okazawa zusammen.

Behandlung erfolgreich getestet

Nach diesen Erkenntnissen überprüften die Fachleute in weiteren Untersuchungen, ob die negativen Effekte der fett- und kalorienreichen Ernährung reversibel sind. Und tatsächlich bewirkte die Behandlung mit dem Diabetes-Medikament Pioglitazon, das PPARγ aktiviert, einen Wiederanstieg der PQBP1-Spiegel bei den Mäusen.

Zudem habe die Verabreichung des Medikaments das RNA-Splicing bei wichtigen synapsenbezogenen Genen normalisiert und sowohl die synaptischen als auch die kognitiven Funktionen verbessert, so das Forschungsteam.

Vergleichbare Wirkungen seien bei einer Gentherapie zur Wiederherstellung von PQBP1 aufgetreten und auch die Wiederherstellung spezifischer nachgeschalteter Gene habe positive Effekte gezeigt.

Zusammengenommen verdeutlichen die Ergebnisse, wie eine fett- und kalorienreiche Ernährung die Gehirnfunktionen durch veränderte Genregulation und gestörte synaptische Kommunikation beeinträchtigen kann, betonen die Forschenden.

Das von PQBP1 abhängige alternative RNA-Spleißen bilde ein entscheidendes Bindeglied zwischen einer fettreichen Ernährung und einer gestörten neuronalen Kommunikation. Diese Erkenntnis eröffne auch neue Ansätze gegen ernährungsbedingte kognitive Beeinträchtigungen. (fp)