Dr. Oğulcan ÖzdemirHerz- und Gefäßchirurg
Gesund leben · Epigenetik

HDAC, Butyrat und Gelée Royale

Jede Zelle unseres Körpers trägt dieselben Gene. Was eine Zelle von einer anderen unterscheidet, ist, welche Gene aktiv und welche stillgelegt bleiben. Honigbienen zeigen diesen Einfluss der Ernährung besonders anschaulich.

Termin und Kontakt
Arbeiterbiene und eine längere Königin nebeneinander
Arbeiterbiene (links) und Königin (rechts). Beide haben dieselben Gene; die Nahrung in der Larvenzeit entscheidet, wie sie sich entwickeln.

Gleiche Gene, anderes Ergebnis

Welche Gene abgelesen werden, wird zum Teil durch kleine chemische Markierungen auf den Histonen gesteuert, den Proteinen, um die die DNA gewickelt ist. Wird eine Acetylgruppe an ein Histon angefügt, lockert sich die DNA und das Gen kann abgelesen werden. Enzyme namens Histon-Deacetylasen (HDAC) entfernen diese Acetylgruppen, die DNA verdichtet sich und das Gen wird stillgelegt. HDACs lassen sich daher mit einem Lautstärkeregler für Gene vergleichen.

Gleiche Gene, anderes Ergebnis

Ein Signal aus dem Darm: Butyrat

Butyrat ist eine kurzkettige Fettsäure, die entsteht, wenn Bakterien im Dickdarm die Ballaststoffe aus der Nahrung vergären. Es ist die wichtigste Energiequelle der Zellen der Darmwand. Laborstudien zeigen, dass Butyrat HDAC-Enzyme hemmt; bemerkenswert ist dabei, dass dieser Effekt nur etwa 2 Prozent der Gene verändert. Eine ballaststoffreiche Ernährung ist der einfachste Weg, die Bakterien zu fördern, die Butyrat bilden. Mehr dazu auf der Seite Darmflora.

Der Anteil der Gene, die sich ändern, wenn Butyrat HDAC-Enzyme hemmt, liegt nur bei etwa

0%

die Wirkung ist also sehr gezielt.

Davie JR. J Nutr 2003;133(7 Suppl):2485S-2493S. doi:10.1093/jn/133.7.2485S

Fasten und Ketone

Fasten und Ketone

Wenn über lange Zeit nichts gegessen oder Kohlenhydrate stark reduziert werden, bildet die Leber aus Fetten Ketonkörper. Der wichtigste davon, Beta-Hydroxybutyrat, ähnelt in seiner Struktur dem im Darm gebildeten Butyrat sehr, und auch er ist ein HDAC-Hemmer. In einer Studie an Mäusen erhöhten Fasten, Kalorienrestriktion oder von außen verabreichtes Beta-Hydroxybutyrat die Histonacetylierung im Gewebe und schalteten Gene ein, die vor oxidativem Stress schützen (FOXO3A und MT2). Dieser Befund legt nahe, dass wann und wie viel wir essen beeinflussen könnte, welche Gene genutzt werden. Beim Menschen ist eine gesundheitliche Wirkung dieses Mechanismus jedoch noch nicht gezeigt. Details finden Sie auf der Seite Metabolische Langlebigkeit.

Brokkoli und Sulforaphan

Brokkoli und Sulforaphan

Brokkoli und besonders das Sulforaphan in Brokkolisprossen hemmten in Laborstudien HDAC-Enzyme. In einer kleinen Studie mit gesunden Freiwilligen zeigte sich bei Personen, die frische Brokkolisprossen aßen, eine verminderte HDAC-Aktivität in den Blutzellen; bei Personen, die eine Kapsel mit derselben Menge des Stoffs ohne das Verdauungsenzym einnahmen, trat dieser Effekt nicht auf. Frisches Gemüse und Nahrungsergänzung sind also nicht dasselbe. Eine andere Studie fand, dass große Mengen Brokkolisprossen auch unbeabsichtigte Genabschnitte beeinflussen können. Deshalb lautet die Empfehlung nicht Präparate, sondern regelmäßig Gemüse wie Brokkoli, Kohl und Blumenkohl auf dem Speiseplan.

Bewegung und Muskel

Bewegung und Muskel

Auch Bewegung verändert die Genregulation. Bei gesunden Freiwilligen wurden während 60 Minuten Fahrradergometer die Enzyme HDAC4 und HDAC5 aus dem Zellkern der Muskelzellen hinausbefördert, wodurch der Druck auf die Gene nachließ. Gesteuert wird dieser Vorgang von Signalmolekülen wie AMPK, die aktiv werden, wenn die Energie bei Belastung sinkt. Er ist einer der Mechanismen, durch die regelmäßige Bewegung die Zucker- und Fettverwertung im Muskel mit der Zeit verbessert. Die Beinmuskulatur pumpt zudem Blut aus den Venen zurück zum Herzen, weshalb Bewegung auch für die Venengesundheit wichtig ist. Details finden Sie auf der Seite Bewegung und Übungen.

Bei gesunden Freiwilligen beförderten

0Min.

Radfahren die Enzyme HDAC4 und HDAC5 aus dem Zellkern der Muskelzellen.

McGee SL et al. J Physiol 2009;587(Pt 24):5951-5958. doi:10.1113/jphysiol.2009.181065

Königinnen und Arbeiterinnen

Bei Honigbienen sind Königinnen und Arbeiterinnen genetisch nicht zu unterscheiden. Dennoch ist die Königin fortpflanzungsfähig, größer und lebt deutlich länger. Den Unterschied schafft die Nahrung während der Larvenzeit: Eine Larve, die Königin werden soll, erhält große Mengen Gelée Royale.

Bei gleichen Genen lebt eine Bienenkönigin etwa

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so lange wie eine Arbeiterbiene im Sommer.

Eine Königin lebt im Durchschnitt 1 bis 2 Jahre, eine Arbeiterbiene im Sommer durchschnittlich 15 bis 38 Tage (im Winter 150 bis 200 Tage). Die Werte sind Durchschnittswerte.
Remolina SC, Hughes KA. Age (Dordr) 2008;30(2-3):177-185. doi:10.1007/s11357-008-9061-4

Es gibt starke Hinweise, dass dieser Unterschied epigenetisch und nicht genetisch ist. Die Hemmung von Dnmt3, dem Enzym, das in Larven DNA-Methylierungen setzt, hatte eine ähnliche Wirkung wie die Gabe von Gelée Royale, und die meisten Larven entwickelten sich zu Königinnen mit gut entwickelten Eierstöcken. Außerdem wurde gezeigt, dass 10-Hydroxy-2-decensäure (10-HDA), die bis zu 5 Gewichtsprozent des Gelée Royale ausmacht, HDAC hemmt; es wird vermutet, dass dies zur Kastenveränderung beitragen kann.

Gleiche Gene, unterschiedliches Schicksal.

Royalactin: das Protein, das eine Königin macht?

Royalactin ist ein Protein von etwa 57 kDa im Gelée Royale. 2011 wurde berichtet, dass dieses Protein bei Larven die Körpergröße und die Eierstockentwicklung steigert und die Entwicklungszeit verkürzt. 2016 konnte eine andere Forschergruppe dieses Ergebnis jedoch nicht reproduzieren. Heute wird angenommen, dass die Entwicklung zur Königin nicht von einem einzelnen Protein abhängt, sondern von mehreren Bestandteilen des Gelée Royale zusammen mit der Nahrungsmenge. Diese Debatte zeigt gut, dass ein aufsehenerregender Einzelbefund nicht als gesichert gelten sollte, bevor er wiederholt wurde.

Resveratrol und Sirtuine

Rote Trauben. Resveratrol kommt vor allem in roten Trauben vor.

Näher an die Schale. Der größte Teil des Resveratrols steckt in der Traubenschale.

Das Resveratrol-Molekül. Eine kleine Pflanzenverbindung mit zwei Ringen; ihr Zusammenhang mit Sirtuinen wird noch erforscht.

Sirtuine sind ein Zweig der HDAC-Familie, der mit NAD+ arbeitet, dem Energiemolekül der Zelle; deshalb verbinden sie den Energiezustand der Zelle mit der Genregulation. Im Jahr 2003 wurde gezeigt, dass Resveratrol aus der Haut roter Trauben in Hefezellen Sirtuine aktiviert und die Lebensspanne verlängert. In den folgenden Jahren wurde diskutiert, dass dieser Effekt vom Messverfahren herrühren könnte; später wurde dann unter bestimmten Bedingungen ein echter Aktivierungsmechanismus beschrieben.

Beim Menschen ist die Evidenz schwach. Ein Cochrane-Review von Studien bei Erwachsenen mit Typ-2-Diabetes fand nur drei kurze Studien mit insgesamt 50 Teilnehmern und kam zu dem Schluss, dass nicht genug Evidenz vorliegt, um über Nutzen oder Schaden zu entscheiden. Rotwein wird nicht als Resveratrolquelle empfohlen: Die Menge darin ist gering, und die Schäden des Alkohols überwiegen einen möglichen Nutzen.

Lactoferrin: ein schützendes Protein der Milch

Lactoferrin ist ein eisenbindendes Protein, das in Mensch- und Kuhmilch reichlich vorkommt, besonders im Kolostrum, der ersten Milch. Seine Wirkungen gegen Mikroben und seine regulierende Wirkung auf das Immunsystem sind im Labor gut beschrieben. Beim Menschen sind die Ergebnisse uneinheitlich: Eine Metaanalyse von 25 Studien fand bei Erwachsenen einen Rückgang des Entzündungsmarkers IL-6, das CRP blieb jedoch unverändert; Atemwegsinfektionen nahmen bei Kindern ab, bei Erwachsenen nicht. In einer großen randomisierten Studie mit 2.203 sehr früh geborenen Säuglingen senkte Lactoferrin das Infektionsrisiko nicht. Die Evidenz zum Zusammenhang mit der Gefäßsteifigkeit beim Menschen ist noch begrenzt.

Was bedeutet das für Menschen?

Das Beispiel der Biene zeigt eindrucksvoll, dass Ernährung die Nutzung der Gene verändern kann; es ist aber ein Vergleich. Es gibt nicht genügend klinische Evidenz dafür, dass Gelée Royale, Butyrat, Resveratrol oder Lactoferrin als Präparate den Alterungsprozess beim Menschen verlangsamen oder Gefäßerkrankungen verhindern. Am verlässlichsten ist derzeit eine ballaststoffreiche, ausgewogene Ernährung, die die Darmbakterien nährt, regelmäßige Bewegung und ausreichend Schlaf. Wer auf Bienenprodukte allergisch ist oder Asthma hat, sollte vor der Einnahme von Gelée Royale mit der Ärztin oder dem Arzt sprechen.

Quellen

  1. Davie JR. Inhibition of histone deacetylase activity by butyrate. J Nutr 2003;133(7 Suppl):2485S-2493S. doi:10.1093/jn/133.7.2485S
  2. Kucharski R et al. Nutritional control of reproductive status in honeybees via DNA methylation. Science 2008;319(5871):1827-1830. doi:10.1126/science.1153069
  3. Spannhoff A et al. Histone deacetylase inhibitor activity in royal jelly might facilitate caste switching in bees. EMBO Rep 2011;12(3):238-243. doi:10.1038/embor.2011.9
  4. Kamakura M. Royalactin induces queen differentiation in honeybees. Nature 2011;473(7348):478-483. doi:10.1038/nature10093
  5. Buttstedt A et al. Royalactin is not a royal making of a queen. Nature 2016;537(7621):E10-E12. doi:10.1038/nature19349
  6. Remolina SC, Hughes KA. Evolution and mechanisms of long life and high fertility in queen honey bees. Age (Dordr) 2008;30(2-3):177-185. doi:10.1007/s11357-008-9061-4
  7. Howitz KT et al. Small molecule activators of sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae lifespan. Nature 2003;425(6954):191-196. doi:10.1038/nature01960
  8. Pacholec M et al. SRT1720, SRT2183, SRT1460, and resveratrol are not direct activators of SIRT1. J Biol Chem 2010;285(11):8340-8351. doi:10.1074/jbc.M109.088682
  9. Hubbard BP et al. Evidence for a common mechanism of SIRT1 regulation by allosteric activators. Science 2013;339(6124):1216-1219. doi:10.1126/science.1231097
  10. Jeyaraman MM et al. Resveratrol for adults with type 2 diabetes mellitus. Cochrane Database Syst Rev 2020;1:CD011919. doi:10.1002/14651858.CD011919.pub2
  11. Berthon BS et al. Effect of lactoferrin supplementation on inflammation, immune function, and prevention of respiratory tract infections in humans. Adv Nutr 2022;13(5):1799-1819. doi:10.1093/advances/nmac047
  12. ELFIN trial investigators group. Enteral lactoferrin supplementation for very preterm infants. Lancet 2019;393(10170):423-433. doi:10.1016/S0140-6736(18)32221-9
  13. Chen C et al. The role of lactoferrin in atherosclerosis. Biometals 2023;36(3):509-519. doi:10.1007/s10534-022-00441-1
  14. Shimazu T et al. Suppression of oxidative stress by β-hydroxybutyrate, an endogenous histone deacetylase inhibitor. Science 2013;339(6116):211-214. doi:10.1126/science.1227166
  15. Myzak MC et al. A novel mechanism of chemoprotection by sulforaphane: inhibition of histone deacetylase. Cancer Res 2004;64(16):5767-5774. doi:10.1158/0008-5472.CAN-04-1326
  16. Clarke JD et al. Comparison of isothiocyanate metabolite levels and histone deacetylase activity in human subjects consuming broccoli sprouts or broccoli supplement. J Agric Food Chem 2011;59(20):10955-10963. doi:10.1021/jf202887c
  17. Baier SR et al. Off-target effects of sulforaphane include the derepression of long terminal repeats through histone acetylation events. J Nutr Biochem 2014;25(6):665-668. doi:10.1016/j.jnutbio.2014.02.007
  18. McGee SL et al. Exercise-induced histone modifications in human skeletal muscle. J Physiol 2009;587(Pt 24):5951-5958. doi:10.1113/jphysiol.2009.181065

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