BAT, can you feel the stream of dopamine?
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2025
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Zusammenfassung
Combatting overweight and obesity is one of the major concerns in healthcare in the world at the moment. Over two thirds of the world’s population present with an above average BMI, which is the root cause for metabolic diseases, sky rocketing costs in healthcare, and eventually premature death.
Recent advances in the field include injections of antidiabetics that promote weightloss, but are essentially black boxes regarding long term side effects, sustainability, and overall consumer safety. An even deeper understanding of adipose tissue biology and its effects on whole body metabolism must be achieved to uncover safe ways for individuals to manage their body weight and therefore lead a healthier life – however long it may be. One mechanism that has been investigated as a potential route to aid weight loss is brown adipose tissue (BAT) thermogenesis activation. Brown adipocytes differ from white adipocytes in cell size, fat vacuole distribution, mitochondrial density and a protein unique to their cell type, called uncoupling protein 1 (UCP1). This protein enables brown adipocytes to combust excess energy into heat, instead of intracellular storage, as is the case in white adipocytes.
The current state of the knowledge is, that BAT thermogenesis is activated through cold exposure and food intake which lead to hypothalamic signalling via the sympathetic nervous system and increase the release of norepinephrine in BAT, which consequently initiates G protein-coupled receptor-dependent molecular pathways leading to increased UCP1 expression.
Interestingly, observations in the 1980s have described dopamine to have similar effects on BAT temperature increases in rodents, as norepinephrine does. A more recent study by Kohlie et al. followed this lead and investigated this observation on a molecular level in rodent cells in vitro; concluding dopamine and dopamine receptor D1-agonists did increase thermogenesis in brown adipocytes.
This study therefore aims to further investigate the role of dopamine and dopamine receptors in BAT thermogenesis ex vivo and in vivo in mice using direct tissue treatment, single injection short term approaches, as well as repeated injection and constant release methods over the course of one week in wild type C57BL/6NCrl mice, respectively. Furthermore, the presence of dopamine receptors in BAT of mice was investigated meticoulously in a proteomics approach. Neither BAT thermogenesis activation, nor dopamine receptor presence were detected in these experiments, leading to the conclusion, that dopamine or dopamine receptors D1 and D2 do not directly contribute to BAT thermogenesis. However, an indirect role of dopamine, as the direct metabolic precursor of norepinephrine in the catecholamine synthesis pathway, via the central axis, can not be excluded and should be investigated further.
Beschreibung
Die Bekämpfung von Übergewicht und Fettleibigkeit ist derzeit weltweit eines der größten Anliegen im Gesundheitswesen. Über zwei Drittel der Weltbevölkerung haben einen überdurchschnittlichen BMI, der die Hauptursache für Stoffwechselerkrankungen, explodierende Kosten im Gesundheitswesen und schließlich vorzeitigen Tod ist.
Zu den jüngsten Fortschritten auf diesem Gebiet gehören Injektionen von Antidiabetika, die die Gewichtsabnahme fördern. Mit Hinblick auf langfristige Nebenwirkungen, Nachhaltigkeit und allgemeine Verbrauchersicherheit, stellen diese Medikamente jedoch bislang Black Boxes dar. Daher muss ein noch tieferes Verständnis der Fettgewebsbiologie und derren Auswirkung auf den Gesamtstoffwechsel erreicht werden, um sichere Wege zur Körpergewichtskontrolle für Individuen zu ergründen, und der Bevölkerung, ungeachtet der Lebensdauer, ein gesünderes Leben zu ermöglichen.
Ein Mechanismus, der als möglicher Weg zur Unterstützung der Gewichtsabnahme untersucht wurde, ist die Aktivierung der Thermogenese des braunen Fettgewebes (BAT). Braune Adipozyten unterscheiden sich von weißen Adipozyten in der Zellgröße, der Fettvakuolenverteilung, der Mitochondriendichte und einem für ihren Zelltyp einzigartigen Protein – dem sogenannten Uncoupling Protein 1 (UCP1). Dieses Protein ermöglicht es braunen Adipozyten überschüssige Energie in Form von Wärme freizusetzen, statt sie intrazellulär zu speichern, wie es bei weißen Adipozyten der Fall ist. Nach aktuellem Wissensstand wird die BAT-Thermogenese durch Kälteeinwirkung und Nahrungsaufnahme aktiviert, was hypothalamische Signale über das sympathische Nervensystem sendet und die Freisetzung von Noradrenalin in BAT erhöht, was wiederum molekulare Signalwege initiiert, die durch G-Protein-gekoppelte Rezeptoren gesteuert werden und letztlich die UCP1-Expression erhöhen.
Interessanterweise zeigten Beobachtungen der 1980er Jahre, dass Dopamin ähnliche Auswirkungen auf den BAT-Temperaturanstieg in Nagern hat wie Noradrenalin. Eine neuere Studie von Kohlie et al. folgte diesem Hinweis und untersuchte diese Beobachtung auf molekularer Ebene in Nagetierzellen in vitro, mit der Schlussfolgerung, dass Dopamin und Dopaminrezeptor-D1-Agonisten die Thermogenese in braunen Adipozyten steigern. Die vorliegende Studie untersucht daher die Rolle von Dopamin und Dopaminrezeptoren in der BAT-Thermogenese ex vivo und in vivo in Mäusen. Zum Einsatz kamen hierbei direkte Gewebebehandlung, kurzfristige Einzelinjektionsansätze sowie wiederholte Injektions- und konstante Freisetzungsmethoden im Laufe einer Woche in Wildtyp- C57BL/6NCrl-Mäusen. Darüber hinaus wurde das Vorhandensein von Dopaminrezeptoren in BAT von Mäusen im Rahmen einer Proteomics-Studie akribisch untersucht. In diesen Experimenten wurde weder die Aktivierung von BAT-Thermogenese noch das Vorhandensein von Dopaminrezeptoren festgestellt, was zu der Schlussfolgerung führt, dass Dopamin bzw. Dopaminrezeptoren D1 und D2 nicht direkt im Gewebe zu BAT- Thermogenese beitragen. Allerdings kann eine indirekte Rolle von Dopamin, welches die metabolische Vorstufe von Noradrenalin im Katecholaminsyntheseweg darstellt, über die zentrale Achse nicht ausgeschlossen werden und sollte weiter untersucht werden.
Schlagwörter
BAT, brown adipose tissue, thermogenesis, dopamine, obesity, adipocytes
Zitierform
Institut/Klinik
Institut für Experimentelle Endokrinologie