Irisin

Irisin
Eigenschaften des menschlichen Proteins
Masse/Länge Primärstruktur112 Aminosäuren
PräkursorFNDC5 (181 aa)
Isoformen4 (unbestätigt)
Bezeichner
Gen-NameFNDC5
Externe IDs
Vorkommen
Übergeordnetes TaxonWirbeltiere[1]

Irisin ist ein körpereigener Botenstoff (Zytokin) in Wirbeltieren. Er wird von Muskeln freigesetzt und zählt daher zu den Myokinen. Er wurde 2012 von einem Forscherteam der Harvard University in Boston beschrieben und nach der griechischen Götterbotin Iris benannt.[2]

Bei körperlicher Aktivität werden in den Muskelzellen einzelne Proteine vermehrt gebildet, darunter das Protein FNDC5 (fibronectin type III domain containing protein 5). FNDC5 ist ein Membranprotein, dessen extrazelluläre Domäne nach dem Transport zur Zellmembran proteolytisch aktiviert und als Irisin sezerniert wird. Ebenso finden sich in Muskelzellen erhöhte FNDC5-Spiegel bei erhöhter Expression von PGC-1α (proliferator-activated receptor γ coactivator 1α), das bedeutsam für die Homöostase im Blutzucker-, Fettstoffwechsel- und Energie-Haushalt ist. Transgene Mäuse mit dauerhafter PGC-1α-Bildung in ihren Muskelzellen waren resistent gegen alterabhängiges Übergewicht und Diabetes mellitus und hatten eine höhere Lebenserwartung.[3] Diese Wirkung des PGC-1α erfolgt u. a. über den Botenstoff Irisin.

Irisin löst die Transformation weißer Fettzellen in solche mit einem Phänotyp brauner Fettzellen aus („brown-in-white“ oder „brite“ Fettzellen), mit vermehrter Expression des für braune Fettzellen typischen Protein UCP1 (uncoupling protein 1, auch Thermogenin genannt). Die vermehrte Expression dieses Proteins in Fettzellen führt zu einer vermehrten Energiefreisetzung und Wärmeerzeugung und damit auch zu einem leichten Gewichtsverlust, einem vermehrten Gesamtenergiebedarf und einer verbesserten Glukosetoleranz.

Die Irisin-Proteine der Maus und des Menschen sind identisch. Beim Menschen stieg der Irisin-Spiegel nach zehn Wochen regelmäßiger körperlicher Aktivität auf das Doppelte. Es wird bereits über eine Irisin-Therapie in Form einer exercise pill (auch exercise mimetic[4][5] genannt) spekuliert.[6] Eine deutsche Studie von 2013 stellt die Ergebnisse der amerikanischen Studie in Frage, die stark erhöhten Irisin-Spiegel bei Sportlern seien eher auf eine Veränderung der Blutproben während der Lagerung zurückzuführen. Zumindest zeigt die deutsche Studie mit einer größeren Zahl von Probanden keine statistisch signifikanten Veränderungen von Irisin durch sportliche Betätigung im Vergleich zu einer Kontrollgruppe.[7]

Eine 2015 publizierte Studie, die den Western Blot zum Irisin-Nachweis einsetzte, legt nahe, dass bisherige, auf dem ELISA basierende Untersuchungen zu falsch-positiven Ergebnissen führten, und Irisin beim Menschen und untersuchten Nutztieren keine physiologische Bedeutung hat.[8] Dieser Befund deckt sich zumindest teilweise mit einer nachfolgenden Metaanalyse, in der bisherige Studien systematisch miteinander verglichen und ausgewertet wurden. Während randomisierte kontrollierte Studien hier eher eine tendenzielle Abnahme der Irisin-Werte durch regelmäßige sportliche Betätigung nahelegten, wiesen nicht-randomisierte Studien ein uneinheitliches Bild auf.[9]

Ein weiteres Review von 2015 stellt erhöhte Konzentrationen von Irisin bei Menschen mit Adipositas fest.  Gleichbleibend hohe Irisinspiegel fördern eine Wiederzunahme nach Gewichtsabnahme (Diät/Operation). Abnahmen des Irisinspiegels sollen mit einer Stabilisierung der Gewichtsreduktion einhergehen. Irisin könnte, von Fettzellen sezerniert, eine Anpassungsreaktion auf mit Adipositas einhergehenden Stoffwechselstörungen oder sogar die Ursache dieser Störung sein. Des Weiteren könnte es bei Adipositas eine Irisinresistenz geben, die die Umwandlung von weißem in beiges Fettgewebe[10] verhindert. Weitere Studien zur Klärung der Rolle von Irisin seien nötig[11]

Eine im August 2015 publizierte Studie bestätigte die Existenz von Irisin mittels Tandem-Massenspektrometrie.[12] 2021 bestätigte eine Studie mittels Knockout-Mäusen und künstlicher Erhöhung des Irisinspiegels, dass Irisin neurobiologische Vorteile von Sport für das Gehirn vermittelt. Das Regulierungssystem wird daher für mögliche Interventionen zur Verbesserung kognitiver Funktionen – etwa im Alter und zusätzlich zu Sport – oder zur Linderung der Alzheimer-Krankheit untersucht.[13][14]

Einzelnachweise

  1. ↑ EggNOG Database | Orthology predictions and functional annotaion. Abgerufen am 4. Januar 2022.
  2. ↑ P. Boström, J. Wu, M. P. Jedrychowski, A. Korde, L. Ye, J. C. Lo, K. A. Rasbach, E. A. Boström, J. H. Choi, J. Z. Long, S. Kajimura, M. C. Zingaretti, B. F. Vind, H. Tu, S. Cinti, K. Højlund, S. P. Gygi, B. M. Spiegelman: A PCG1-α-dependent myokine that drives brown-fat-like development of white fat and thermogenesis. Nature 11. Januar 2012; Band 481 (7382): Seiten 463–468.
  3. ↑ T. Wenz, S. G. Rossi, R. L. Rotundo, B. M. Spiegelman, C. T. Moraes: Increased PCG1-α expression protects form sarcopenia and metabolic disease during aging. Proc Natl Acad Sci USA 2009; Band 106: Seiten 20405–20410.
  4. ↑ Weiwei Fan, Ronald M. Evans: Exercise Mimetics: Impact on Health and Performance. In: Cell Metabolism. Band 25, Nr. 2, 7. Februar 2017, ISSN 1550-4131, S. 242–247, doi:10.1016/j.cmet.2016.10.022 (sciencedirect.com [abgerufen am 4. Januar 2022]).
  5. ↑ Carolina Gubert, Anthony J. Hannan: Exercise mimetics: harnessing the therapeutic effects of physical activity. In: Nature Reviews Drug Discovery. Band 20, Nr. 11, November 2021, ISSN 1474-1784, S. 862–879, doi:10.1038/s41573-021-00217-1 (nature.com [abgerufen am 4. Januar 2022]).
  6. ↑ Bente Klarlund Pedersen: A muscular twist on the fate of fat. New England Journal of Medicine 19. April 2012; Band 366, Seiten 1544–1545.
  7. ↑ Anne Hecksteden, Melissa Wegmann, Anke Steffen, Jochen Kraushaar, Arne Morsch, Sandra Ruppenthal, Lars Kaestner, Tim Meyer: Irisin and exercise training in humans - Results from a randomized controlled training trial. In: BMC Medicine. 11, 2013, S. 235, doi:10.1186/1741-7015-11-235.
  8. ↑ E. Albrecht, F. Norheim, B. Thiede, T. Holen, T. Ohashi, L. Scherin, S. Lee, J. Brenmoehl, S. Thomas, CA. Drevon, HP. Erickson, S. Maak: Irisin – a myth rather than an exercise-inducible myokine. Sci Rep 5, 8889 (2015), doi:10.1038/srep08889
  9. ↑ S. Qiu, X. Cai, Z. Sun, U. Schumann, M. Zügel, J. M. Steinacker: Chronic Exercise Training and Circulating Irisin in Adults: A Meta-Analysis. In: Sports medicine (Auckland, N.Z.). Band 45, Nummer 11, November 2015, S. 1577–1588, doi:10.1007/s40279-014-0293-4, PMID 26392122.
  10. ↑ DocCheck Medical Services GmbH: Beiges Fettgewebe. Abgerufen am 4. Januar 2022.
  11. ↑ A.B. Crujeiras, M. Pardo, F.F. Casanueva: Irisin: ‘fat’ or artefact. In: Clinical Endocrinology. Band 82, Nr. 4, April 2015, S. 467–474, doi:10.1111/cen.12627 (wiley.com [abgerufen am 23. Dezember 2021]).
  12. ↑ Jedrychowski, Mark P., Christiane D. Wrann, Joao A. Paulo, Kaitlyn K. Gerber, John Szpyt, Matthew M. Robinson, K. Sreekumaran Nair, Steven P. Gygi, and Bruce M. Spiegelman: Detection and Quantitation of Circulating Human Irisin by Tandem Mass Spectrometry. Cell Metabolism. 22, 2015, S. 734–740. doi:10.1016/j.cmet.2015.08.001
  13. ↑ Gretchen Reynolds: How Exercise May Help Keep Our Memory Sharp. In: The New York Times, 25. August 2021. Abgerufen am 21. September 2021. 
  14. ↑ Mohammad R. Islam, Sophia Valaris, Michael F. Young, Erin B. Haley, Renhao Luo, Sabrina F. Bond, Sofia Mazuera, Robert R. Kitchen, Barbara J. Caldarone, Luis E. B. Bettio, Brian R. Christie, Angela B. Schmider, Roy J. Soberman, Antoine Besnard, Mark P. Jedrychowski, Hyeonwoo Kim, Hua Tu, Eunhee Kim, Se Hoon Choi, Rudolph E. Tanzi, Bruce M. Spiegelman, Christiane D. Wrann: Exercise hormone irisin is a critical regulator of cognitive function. In: Nature Metabolism. 3, Nr. 8, August 2021, ISSN 2522-5812, S. 1058–1070. doi:10.1038/s42255-021-00438-z.