Nobelpreis-Forschung

Unterliegt die Insulinresistenz einer inneren Uhr?

10. Okt 2017

Es ist die höchste Auszeichnung für Wissenschaftler: Die drei US-Forscher Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young erhielten Anfang vergangener Woche den diesjährigen Nobelpreis für Medizin oder Physiologie. Geehrt wurden sie für die Erforschung der sogenannten inneren Uhr. Ihre Entdeckungen sind auch für Menschen mit Diabetes relevant, wie eine aktuelle Studie erneut zeigt.

Unterliegt die Insulinresistenz einer inneren Uhr © Franz Pfluegl / fotolia.com

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Wissenschaftlicher ausgedrückt geht es bei den Arbeiten der drei Preisträger um die molekularen Mechanismen, die den Biorhythmus steuern. Diese molekulare innere Uhr ist derart wichtig für den Stoffwechsel, dass sie nicht nur beim Menschen, sondern auch bei Tieren und Pflanzen vorkommt.

Die innere Uhr kann zwar vom Licht, als äußerem Zeitgeber, vor- und zurückgestellt werden. Sie arbeitet jedoch selbstständig und tickt bei einer Zeitumstellung oder nach einem Überseeflug zunächst unverändert weiter. Lebt ein Mensch dauerhaft gegen seine innere Uhr, kann unter anderem das Risiko für Krebs, Nervenleiden und Stoffwechselkrankheiten wie Diabetes steigen. Auch der Diabetesinformationsdienst berichtete bereits, dass der zelluläre Jetlag den Stoffwechsel durcheinander bringt.

Innere Uhr in Muskelzellen

Eine aktuelle Studie aus der Schweiz erhärtet diesen Verdacht. Die Forschenden berichten im Fachmagazin PNAS, dass auch in menschlichen Muskelzellen eine solche "zirkadiane Uhr" tickt. Das stellten sie fest, indem sie bei Probanden die Zusammensetzung der unterschiedlichen Arten von Fetten (Lipiden) in den Muskelzellen untersuchten. Dabei beobachteten sie, dass sich diese im Laufe des Tages veränderte.

Dazu wurde zunächst die Uhr der Teilnehmenden synchronisiert: Sie mussten sich vor Beginn der Studie an einen geregelten Tagesablauf in Bezug auf Mahlzeiten und Lichtexposition halten. Alle vier Stunden wurde zur Analyse der Lipidzusammensetzung eine kleine Muskelgewebeprobe aus dem Oberschenkel entnommen. Je nach Tageszeit war mal das eine Fett öfter vorhanden, dann wieder ein anderes.

Da die Lipidzusammensetzung innerhalb der Probandengruppe stark schwankte, benötigten die Wissenschaftler aber weitere Belege zur Untermauerung ihrer These. In einem zweiten Schritt stiegen sie darum auf ein sogenanntes in vitro-Experiment um. Sie züchteten menschliche Muskelzellen in der Petrischale und synchronisierten diese künstlich mithilfe eines Signalmoleküls, das normalerweise vom Körper eingesetzt wird. Dabei wurde eine periodische Schwankung der zellulären Fettzusammensetzung beobachtet, ähnlich wie bei den am Menschen durchgeführten Versuchen. Wenn aber die Forschenden den Uhrmechanismus durch eine Hemmung der relevanten Gene unterbrachen, verschwanden die Schwankungen größtenteils.

Laut den Autoren bleibt die wichtigste Frage aber offen: Welche Bedeutung hat dieser Mechanismus? Sie gehen davon aus, dass die biologische Uhr im Muskel auf die Insulinsensitivität der Muskelzellen wirken könnte. Durch die Veränderung der Fettzusammensetzung, etwa in der Zellmembran (also der Zellhülle), könnte das Ansprechen des Muskels auf das Hormon und seine Fähigkeit zur Blutzuckeraufnahme beeinflusst werden. Eine geringe Insulinsensitivität des Muskels führt zu einer sogenannten Insulinresistenz, einer bekannten Ursache des Diabetes-Typ-2. Weitere Studien sollen diese Hypothese nun klären.

Quellen:

Loizides-Mangold, U. et al.: Lipidomics reveals diurnal lipid oscillations in human skeletal muscle persisting in cellular myotubes cultured in vitro. In: PNAS, 2017 DOI: 10.1073/pnas.1705821114

Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (SNF):Unsere Muskeln messen die Tageszeit. Pressemitteilung vom 2. Oktober 2017


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