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Signalwege: Diabetes steckt in den Knochen

Knochen - Rückenansicht einer Frau
Knochen mag eine harte Struktur sein, doch er ist alles andere als statisch. Spezialisierte Zellen bauen permanent Knochensubstanz auf, während andere sie wieder zerstören. Dieser Vorgang verbraucht beträchtlich viel Energie, und ein internationales Forscherteam um Gerard Karsenty von der Columbia University in New York hat jetzt eine bedeutende Verbindung zwischen Energiestoffwechsel und Knochen gefunden. Knochenzellen in Mäusen regulieren den Zuckerstoffwechsel über eine komplexe Signalkaskade, an der sowohl Knochen aufbauende als auch abbauende Zellen beteiligt sind.

Im Zentrum des Mechanismus steht das Molekül Osteocalcin, ein kurzes Peptid aus 49 Aminosäuren, das vor allem das Gleichgewicht zwischen Auf- und Abbau von Knochenmasse reguliert. Es bindet an den Knochenbestandteil Hydroxylapatit und ist ein regulärer Bestandteil der normalen Knochenmatrix. Osteocalcin kann allerdings auch den Knochen verlassen und sich frei im Körper bewegen. Dann spielt das Molekül eine entscheidende Rolle bei der Regulation des Zuckerstoffwechsels durch Insulin.

Um als Hormon zu wirken, muss das Osteocalcin erst einmal chemisch in seine aktive Form überführt werden. Das dazu nötige stark saure Milieu erzeugen die Osteoklasten, Zellen, die mit Hilfe von Säure gezielt Knochensubstanz abbauen, und das Signal dazu bekommen sie von den Osteoblasten. Aber nur, wenn diese Insulin detektieren.

Dass die Knochen bildenden Osteoblasten Rezeptoren für Insulin besitzen, ist schon länger bekannt. Erstaunliches passierte jedoch, als die Wissenschaftler diese Sensoren bei Mäusen stilllegten – die Tiere entwickelten Symptome, die für Diabetes typisch sind: einen hohen Blutzuckerspiegel und Insulinresistenz. Ausgelöst wurden diese Symptome durch einen deutlichen Rückgang des Osteocalcins, der mit dem fehlenden Insulinsignal direkt zusammenhing.

Der unerwartete Signalweg über die Knochenzellen zeigt einerseits, dass Knochen nicht nur ein Stützgewebe darstellen, sondern auch entscheidend am Stoffwechsel beteiligt und ein potenzielles Ziel für zukünftige Diabetestherapien sind. Zusätzlich hat die Entdeckung Auswirkungen auf andere Medikamente, zum Beispiel solche, die bei Osteoporose den Knochenabbau hemmen: Sie begünstigen nach Ansicht der Forscher möglicherweise eine Insulinintoleranz. (lf)

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  • Quellen
Karsenty, G. et al.: Insulin Signaling in Osteoblasts Integrates Bone Remodeling and Energy Metabolism. In: Cell 142, S. 296 – 308, 2010.

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