Neue Einblicke in die Insulinwirkung

(14.02 2025: Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf) Insulin steuert lebenswichtige Prozesse wie Blutzuckerregulation und Zellwachstum. Eine gestörte Insulinwirkung ist ein entscheidender Faktor bei der Entstehung von Typ-2-Diabetes, der das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen erhöht. Die Wissenschaftler untersuchten, wie Insulin diese vielfältigen Prozesse in der Zelle beeinflusst. 

Dynamisches Signalnetzwerk bietet Therapieansätze für Typ-2-Diabetes

Mittels massenspektrometrischer Analyseverfahren verfolgten die Forscher die zeitlichen Veränderungen von über 13.000 Phosphorylierungsstellen in Muskelzellen. Diese Modifikationen an Proteinen wirken wie molekulare Schalter, die von Proteinkinasen gesteuert werden. Die Insulin-Stimulierung der Muskelzellen löste eine umfassende Koordinierung molekularer Vorgänge aus. Innerhalb weniger Minuten wurden 159 verschiedene Proteinkinasen aktiviert, was die Aktivität hunderter weiterer Enzyme des Energiestoffwechsels und Zellaufbaus regulierte. Die Analyse zeigte, dass Insulin ein komplexes Netzwerk von Signalen auslöst, das sich wellenartig durch die Zellen ausbreitet. Die Zeitabfolge dieser Wellen, also die Aktivierung von Proteinkinasen, ist entscheidend für die gezielte Wirkung in der Zelle.

Bestimmte Signale entstehen durch die Überlagerung mehrerer Wellen, beispielsweise im mTOR-Signalweg, der die Zellteilung und das Zellwachstum reguliert. Die Forscher zeigten mithilfe mathematischer Modelle, dass dieses dynamische Netzwerk von rund 30 Enzymen gesteuert wird. Diese Erkenntnis könnte zur Entwicklung neuer Therapien zur Verbesserung der Insulinwirkung bei Typ-2-Diabetes führen: Wirkstoffe, die diese Schlüsselenzyme gezielt aktivieren oder hemmen, könnten die Insulinwirkung verstärken.

Zudem beeinflusst Insulin die Funktion des Spliceosomen-Komplexes, einem zentralen Steuerungselement der Genregulation, was darauf hindeutet, dass Insulin mehr Aufgaben im Körper übernimmt als bisher angenommen. Prof. Dr. Hadi Al-Hasani betont, dass Insulin ein dynamisches Netzwerk aus Eiweißmodifikationen orchestriert, das die Reaktion der Zellen auf Insulin präzise koordiniert.

Prof. Dr. Michael Roden ergänzt, dass die Studie wichtige Erkenntnisse über die Mechanismen der Insulinwirkung liefert und zur Entwicklung gezielterer Therapien für Menschen mit Insulinresistenz und Diabetes mellitus beitragen könnte.

Das Forschungsprojekt wurde durch die Initiative „Multi-Omics Data Science (MODS) “ und die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert. Die Wissenschaftler hoffen, dass diese Ergebnisse langfristig das Verständnis für die Entstehung von Typ-2-Diabetes verbessern und neue Behandlungsansätze ermöglichen.

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Originalpublikation: Turewicz M, Skagen C, Hartwig S, Majda S, Thedinga K, Herwig R, Binsch C, Altenhofen D, Ouwens DM, Förster PM, Wachtmeister T, Köhrer K, Stermann T, Chadt A, Lehr S, Marschall T, Thoresen GH, Al-Hasani H. Temporal phosphoproteomics reveals circuitry of phased propagation in insulin signaling. Nature Communications (2025)