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Discovery of a brain sugar switch

Researchers at the Helmholtz Zentrum München discovered that our brain actively takes sugar from the blood.
Prior to this, researchers around the world had assumed that this was a purely passive process. An international team led by diabetes expert Matthias Tschöp reported in the journal ‘Cell’ that transportation of sugar into the brain is regulated by so-called glia cells that react to hormones such as insulin or leptin; previously it was thought that this was only possible for neurons.

Dresden scientists make an important contribution to decoding the language of cells

PD Dr. Andreas Androutsellis-Theotokis and Steven W. Poser, Carl Gustav Carus University Hospital Dresden

PD Dr. Andreas Androutsellis-Theotokis, PhD, Dr. Jimmy Masjkur and Dr. Steven W. Poser are stem cell researchers at the Carl Gustav Carus University Hospital in Dresden. They have shown that pancreatic islet cells and neural stem cells interpret signals in their environment in a similar manner. This may make it possible to manipulate cells in such a way that they repair tissue damage and stimulate regeneration. This could lead to new approaches to the treatment of metabolic disease and diabetes. The result of this project was recently published in Diabetes, titled: Endocrine Pancreas Development and Regeneration: Noncanonical Ideas From Neural Stem Cell Biology (DOI: 10.2337/db15-1099).

Neural stem cells possess extraordinary abilities: They can multiply, fall into a sort of hibernation (“quiescence”) or differentiate into mature cell types with a very wide variety of functions. But how do neural stem cells manage to be so flexible?

All cells possess signal pathways, which they use to sense their immediate environment and react to it. What is decisive is how each cell type interprets the signals it receives. It is a bit like people who may speak the same language but interpret some words differently, as they are using different dialects. The scientists must then decode how stem cells interpret the different signals from their environment – or which “dialect” they understand – and whether you can use this specifically to talk cells into regenerating damaged tissue.

PD Dr. Andreas Androutsellis Theotokis, PhD, Dr. Jimmy Masjkur and Dr. Steven W. Poser are stem cell researchers in the Department of Medicine and the Third Outpatient Clinic at Dresden University Hospital, directed by Professor Stefan R. Bornstein MD. They have now discovered such a molecular “dialect”, which they call the STAT3-Ser/Hes3 signaling axis. What makes this so fascinating is that this signaling axis is not only used by stem cells, but also by some other cells that are also capable of multiplying and differentiating into other cell types.

These include the pancreatic islet cells, which produce various endocrine hormones, including insulin. The pancreas is a highly plastic organ and can undergo complex changes during homeostasis (equilibrium) and regeneration. The insight that islet cells use the same signal pathways as stem cells that can contribute to regeneration could lead to new approaches to the therapy of diabetes. This is because maintaining and regenerating islet cells is important in diabetes research. Thus, stem cell research has increased our understanding of the signal pathways needed for regeneration. The signal pathways in neural stem cells can serve as a “blueprint” in identifying new molecular mechanisms in the biology of the pancreas.

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The result of this project was recently published in Diabetes, titled: Endocrine Pancreas Development and Regeneration: Noncanonical Ideas From Neural Stem Cell Biology (DOI: 10.2337/db15-1099).

 

Source: EurekAlert!, PUBLIC RELEASE: 

Neue Diabetes-Allianz

Neue Diabetes-Allianz in München geschmiedet

05.12.2012 – Das Helmholtz Zentrum München und der Pharmakonzern Sanofi wollen künftig gemeinsam Diabetes-Therapien entwickeln.

Erneut geht ein großer Pharmakonzern ein Bündnis mit einer Forschungseinrichtung ein. Mit Beginn des Jahres 2013 starten das Institut für Diabetes und Adipositas (IDO) am Helmholtz Zentrum München und der Pharmakonzern Sanofi eine gemeinsame Forschungsinitiative gegen Adipositas-bedingten Diabetes. Das Bündnis will vor allem nach neuen Wirkorten für Medikamente suchen und bessere Screeningmethoden entwickeln. Fortschritte auf diesem Gebiet werden dringend benötigt. In Mitteleuropa sind mehr als 60 Prozent der Bevölkerung übergewichtig, fast jeder Typ-2-Diabetiker hat ein Gewichtsproblem, hat die Adipositas Stiftung Deutschland erst kürzlich festgestellt.
Im Jahr 2030 werden 550 Millionen Menschen an Diabetes leiden, prognostiziert die Internationale Diabetes Föderation. Bei Typ 2-Diabetes steht ein Risikofaktor ganz oben auf der Liste: die Fettsucht oder Adipositas. Bei vielen krankhaft übergewichtigen Patienten kann im Laufe der Zeit der gesamte Stoffwechsel durcheinandergewirbelt werden. Im Zusammenspiel zwischen Bluthochdruck, veränderten Blutfettwerten und Insulinresistenz steigt das Risiko für eine ganze Reihe von Folgeerkankungen, wie zum Beispiel Herzkrankheiten, gleichzeitig sinkt die Lebenserwartung um mehrere Jahre.
Das IDO und Sanofi wollen ihre jeweiligen Stärken kombinieren, um bei der Entwicklung von neuen Therapien voranzukommen. Über den neuen Kooperationspartner ist Sanofi voll des Lobes und setzt vor allem auf die „kreative wissenschaftliche Herangehensweise“ von Institutsleiter Matthias Tschöp – einem führenden Experten auf dem Gebiet von Energiehaushalt und Adipositas (zum Profil…). Die in München vorhandenen Diabetes-Tiermodelle und gut dokumentierten epidemiologischen Daten aus Kohortenstudien sollen eine schnelle Umsetzung der Ergebnisse der Grundlagenforschung in die Anwendung erleichtern.
„Wir haben ein ehrgeiziges internationales Forscherteam rekrutiert, neueste methodische Ansätze etabliert und können auf Sanofis herausragende Expertise im Bereich der pharmakologischen Validierung und Moleküloptimierung zurückgreifen,“ unterstreicht Matthias Tschöp. Während die Münchner also anscheinend vor allem bei der Suche nach neuartigen Wirkstoffen und –prinzipien punkten, könnte Sanofi das Bündnis wohl vorranig in Sachen Arzneimittelentwicklung voranbringen.

In der 70. Folge von biotechnologie.tv stellen wir unter anderem neue Forschungsergebnisse aus dem DZNE in Bonn vor.

Austauschprogramm für beteiligte Wissenschaftler
Die beiden Partner wollen zunächst mit zwei gemeinschaftlichen Projekten beginnen, in deren Verlauf zum Beispiel genomweite RNA-Interferenz-Screenings genutzt werden, um Stoffwechselwege und Proteine zu identifizieren, die den Energieumsatz regulieren. Zudem planen die beiden Partner ein Austauschprogramm für die jeweils beteiligten Wissenschaftler. Für das IDO und Sanofi ist es nicht die erste Kooperation auf dem Gebiet der Diabetes-Forschung. Gemeinsam mit drei anderen Helmholtz-Instituten und mehr als 25 weiteren Partnern sind sie Bestandteil der Helmholtz-Allianz ICEMED (mehr…). ICEMED steht für “Imaging and Curing Environmental Metabolic Diseases”, also die „Visualisierung und Therapie Umweltbedingter Stoffwechselerkrankungen”. Die Forscher wollen in den kommenden fünf Jahren neue bildgebende Techniken entwickeln, die das Beobachten von Stoffwechselvorgängen im Gehirn ermöglichen.

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Neues aus dem DZD

Bildgebende Darstellung und Heilung umweltbedingter Stoffwechselerkrankungen

28. Jun 2012 – Gemeinsam mit den führenden deutschen Wissenschaftlern aller Stufen der Wertschöpfungskette baut das Helmholtz Zentrum München, ein Partner im DZD, eine starke Allianz zur Erforschung und schließlich Heilung von Stoffwechselerkrankungen auf. Die ICEMED-Allianz (Visualisierung und Therapie Umweltbedingter Stoffwechselerkrankungen (ICEMED)) wird mit 15 Millionen Euro über fünf Jahre von der Helmholtz-Gemeinschaft gefördert. Hinzu kommen weitere 15 Millionen Euro Förderung der über 30 beteiligten Helmholtz-Zentren und Universitäten.

ICEMED verfolgt ein ehrgeiziges Ziel: Indem die Wissenschaftler unter der Leitung von Prof. Matthias Tschöp moderne bildgebende Verfahren mit Grundlagen- und angewandter sowie klinischer Forschung vernetzen, wollen sie einen Weg finden, um Erkrankungen wie Typ-2-Diabetes mellitus und Übergewicht (Adipositas) zu heilen – oder zukünftig sogar ihre Entstehung zu verhindern. Dem Konsortium aus über 30 deutschen Partnern aus Adipositas-, Diabetes- und Gehirn-Forschung gehört auch Prof. Dr. Dr.h.c. Hans-Ulrich Häring vom Institut für Diabetesforschung und Metabolische Erkrankungen des Helmholtz Zentrums München an der Universitätsklinik Tübingen an. Es arbeitet dabei mit Sanofi Aventis Pharmaceuticals, aber auch mit den international hoch angesehenen Diabetes- und Adipositas-Forschungszentren der Universität von Cambridge (UK) und an der Yale University (USA) zusammen.
Innovativer Ansatz mit interdisziplinärem Team
Das Team konzentriert sich auf das Zentralnervensystem, das an der Steuerung aller systemischen, metabolischen Prozesse beteiligt ist und damit das entscheidende Zielorgan von Umwelteinflüssen wie hyperkalorischen Diäten und Stress ist. „Unser innovativer Ansatz und das herausragende interdisziplinäre Team können uns den wissenschaftlichen Durchbruch und neue personalisierte Therapieansätze bei Stoffwechselerkrankungen wie Adipositas oder Typ-2-Diabetes mellitus ermöglichen“, sagt Tschöp, der das Institut für Diabetes- und Adipositasforschung des Helmholtz Zentrums München leitet und in diesem Jahr als erster Mediziner eine Humboldt-Professur an der Technischen Universität München (TUM) erhalten hat.
„Gemeinsam können wir es schaffen, die sich ausweitende Pandemie von Diabetes und Adipositas einzudämmen und hoffentlich umzukehren“, ist sich Tschöp sicher. Der Mediziner hat nicht nur selbst Erfahrung in der klinischen und pharmazeutischen Forschung, sondern erhält schlagkräftige Unterstützung durch die aktive Beteiligung führender deutscher Klinikdirektoren auf dem Gebiet der Stoffwechselforschung (Prof. H.-U. Häring, Prof. J. Spranger, Prof. J. Brüning, Prof. H. Lehnert, Prof. M. Stumvoll). Beides soll die effiziente Umsetzung wissenschaftlicher Erkenntnisse in den medizinischen Alltag gewährleisten.
Wegweisend für personalisierte Therapie
”Eine besondere Chance liegt weiterhin in unserer engen Zusammenarbeit mit führenden Physikern wie unserem ICEMED Co-Koordinator Professor Jon Shah (Helmholtz Forschungszentrum Jülich), der in den letzten Jahren neue Technologien zur gleichzeitigen Visualisierung mehrerer Stoffwechselprozesse im menschlichen Gehirn entwickeln konnte.”, so Professor Tschöp.
Die weltweit einzigartige ICEMED Allianz ist so gleichzeitig wegweisend für Verbünde zur Stoffwechselforschung weltweit: nationale Wissenschaftsressourcen werden synergetisch genutzt und können so in personalisierte, effiziente Therapiekonzepte umgesetzt werden.

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