Mitochondriendynamik in Zebrafischen mit Diabetes

Bei der Zuckerkrankheit (Diabetes) führt zu viel Zucker (Glucose) im Blut zu erheblichen Gesundsheitsschäden. Die Bauchspeicheldrüse, genau genommen ihre Betazellen, produziert dagegen Insulin, damit der Zucker im Gewebe von den Zellen aufgenommen wird. Die Zuckerkrankheit entsteht durch fehlendes beziehungsweise nicht funktionierendes Insulin. In den Zellen sind Mitochondrien für die Umwandlung von Zucker in Energie zuständig. In den Betazellen der Bauchspeicheldruse haben die Mitochondrien ausserdem die Aufgabe, die Abgabe von Insulin zu steuern. Die Mitochondrien sind Zellbestandteile, die ein welchselndes Aussehen und unterschiedliche Formen annehmen können. Nach neuesten Forschungsergebnissen spielen die Veränderung der Mitochondrienform eine wichtige Rolle für ihre Fähigkeit, Energie zu produzieren und die Abgabe von Insulin zu steuern. Von ihrer Form ist der Gesundheitszustand der Betazellen abhängig. Im vorliegenden Forschungsprojekt möchten wir aufklären, welche Rolle die Mitochondrien bei der Zuckerkrankheit spielen, ob sie ein wichtiger Faktor sind, warum bei der Zuckerkrankheit die Betazellen in der Bauchspeicheldrüse nicht richtig funktionieren oder sogar sterben. Wir möchten herausfinden, ob die Beschädigung der Mitochondrien bei Zuckerkrankheit verhindert und damit eine neue Behandlung für Zuckerkrankheit geschaffen werden kann. Umdiese Ziele zu erreichen nehmen wir uns Zebrafische zur Hilfe, deren Bauchspeicheldrüse mit der von Menschen durchaus vergleichbar ist. Wir untersuchen Zebrafische, weil ihr besonderer Vorteil darin liegt, dass sie klein sind, einfach und schnell gezüchtet werden können, und vor allem daß sie durchsichtig sind, so daß sich die Bauchspeicheldrüse im lebenden Fisch über die Zeit beobachten lassen. Wir werden die Mitochondrienform in gesunden mit der in zuckerkranken Zebrafischen vergleichen. Mit speziellen, hochauflösenden Mikroskopen können wir die Veränderung in der Form der Mitochondrien genau beobachten und feststellen, welche Umstände Formveränderungen auslösen. Besonders Überernährung (wie sie in unserer Gesellschaft häufig vorkommt) verdächtigen wir als Faktor, der die Mitochondrienform beeinflusst und die Zuckerkrankheit verschlechtert. Zusätzlich möchten wir an den Zebrafischen, zuckerkranken im Vergleich zu gesunden, zeigen wie die Aufnahme von Zucker aus dem Blutkreislauf durch Gewebszellen im Detail funktioniert. Durch Aufklärung dieser Fragen, möchten wir verstehen, warum die Zuckeraufnahme durch Gewebszellen bei Zuckerkranken nicht wie gewünscht stattfindet, und wie wir das durch neue Medikamente beeinflussen können.

Diabetes ist eine Erkrankung gekennzeichnet durch erhöhten Zucker (Glukose) im Blut, die im Laufe der Zeit zu ernsthaften Gesundheitsproblemen führt. Insulin, das von Betazellen in der Bauchspeicheldrüse produziert wird, regt die Zellen an, Glukose aufzunehmen. Bei Diabetes ist das Insulin erniedrigt und das produzierte Insulin wirkt nicht richtig. In diesem Projekt untersuchten wir Zellbestandteile, sogenannte Mitochondrien, die entscheidend für die Umwandlung von Glukose in Energie sind und die helfen, die Insulinfreisetzung in Betazellen zu kontrollieren. Mitochondrien sind komplexe Strukturen, die sehr variable Formen annehmen können, und neuere Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Änderungen der Mitochondrienform ihre Fähigkeit zur Energieerzeugung beeinflussen. Dies wiederum beeinflusst die Zellgesundheit, was sich auf die Organbildung während der Entwicklung und die Organfunktion bei ausgewachsenen Tieren auswirken kann. Um die Mitochondrien in der Bauchspeicheldrüse zu untersuchen, haben wir den Modellorganismus Zebrafisch verwendet, der eine Bauchspeicheldrüse hat, die der des Menschen ähnelt und vor allem in frühen Stadien transparent ist. Dies ermöglichte es uns, die Mitochondrien in der Bauchspeicheldrüse des lebenden Tieres mit hoher Detailtreue zu betrachten. Wir haben komplexe und sich verändernde mitochondriale Formen während der Entwicklung der Bauchspeicheldrüseninsel entdeckt und neue Methoden entwickelt, um diese Formen mit hoher Präzision zu untersuchen und zu charakterisieren. Es wird weiter daran gearbeitet, mehr darüber zu erfahren, was in den Mitochondrien bei Diabetes schief läuft und wie dies zu Funktionsstörung und Betazellverlust führt. Es ist möglich, dass die Gesunderhaltung der Mitochondrien zum Schutz der Betazellen bei Diabetikern beitragen kann. Weiter, haben wir unseren diabetischen Zebrafisch weiter angewendet, um Veränderungen zu untersuchen, die nach langjähriger Hyperglykämie im Auge auftreten. Wir fanden heraus, dass unsere Zebrafische Schäden an retinalen Blutgefäßen und Nervenzellen aufweisen, die denen ähneln, die bei der diabetischen Retinopathie beim Menschen beobachtet werden. Diese Zebrafische stellen ein neues Werkzeug dar, um mehr Details darüber zu erfahren, wie die diabetische Retinopathie beginnt und fortschreitet, was neue Wege zur Vorbeugung oder Behandlung dieser schwerwiegenden Diabetes-Komplikation aufzeigen kann.