Grundlagenforschung

Zellulärer Jetlag bringt Stoffwechsel durcheinander

18. Apr 2017

Die inneren Uhren verschiedener Zellen der Bauchspeicheldrüse laufen nicht synchron: Die Insulin produzierenden Betazellen orientieren sich an einem anderen Takt als die Glukagon produzierenden Alphazellen. Das zeigen Schweizer Forscherinnen und Forscher in einer aktuellen Arbeit, die im Magazin ‘Genes & Development’ veröffentlicht ist. Gerät dieses Verhältnis in Unordnung, kann das den Stoffwechsel stören und zu Krankheiten führen.

Zelltypen

In der aktuellen Studie konnten die Wissenschaftler die verschiedenen Zelltypen auch farblich unterscheiden. Quelle: Laboratoire Dibner, University of Geneva

Die Rolle des Gehirns spielt bei aktuellen Ansätzen der Diabetesforschung eine immer größere Rolle, wie auch das neue Erklär-Video des Diabetesinformationsdienstes zeigt. Ein Grund dafür ist der Schlaf-Wach-Rhythmus, der vom Gehirn gesteuert wird und der eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Diabetes spielt. Denn Schlafmangel und Störungen der inneren Uhr können den Stoffwechsel durcheinander bringen: Große epidemiologische Studien konnten bereits vor Jahren einen Zusammenhang zeigen zwischen Schlafdauer beziehungsweise Schlafqualität und dem Risiko, Typ-2-Diabetes und Adipositas zu entwickeln. Bereits kurzfristiger Schlafmangel vermindert demnach die Insulinsensitivität, verstärkt das Hungergefühl und reduziert das spontane Bewegungsverhalten.

Schweizer Wissenschaftler gingen in einer aktuellen Arbeit nun einen Schritt weiter und verglichen die innere Uhr verschiedener Zelltypen in der Bauchspeicheldrüse, denn nicht nur das Gehirn sondern auch die einzelnen Zellen selbst sind an der Taktung beteiligt. Die Forscher untersuchten zeitlich aufgeschlüsselt die Aktivität von insgesamt 19.000 Genen in den Insulin produzierenden Betazellen und ihren ‚Gegenspielern‘, den Glukagon produzierenden Alphazellen. Dabei überraschte sie, dass die Zellen offenbar nicht auf eine gemeinsame innere Uhr ‚geeicht‘, sondern mit einem zeitlichen Versatz getaktet sind. So werden die gegensätzlichen Funktionen von Alpha- und Betazellen (Erhöhung beziehungsweise Senkung des Blutzuckers) im Tagesverlauf abgestimmt.

Weiterführende Versuche ergaben, dass bei  Bauchspeicheldrüsenzellen von Mäusen, denen die Moleküle einer inneren Uhr fehlten, die vorgesehene abwechselnde Reihenfolge der beiden Hormone durcheinander kam. In der Folge entwickeln die Tiere einen Typ-2-Diabetes. Dieser zelluläre Jetlag reiche also aus, so die Autoren der Arbeit, um den normalen Hormonhaushalt und den Zuckerstoffwechsel nachhaltig durcheinander zu bringen. So könne man erklären, warum der Versatz zwischen innerer Uhr und Tag-Nacht-Verhalten metabolische Folgen haben könne - etwa bei Menschen mit Jetlag oder späten Ausgeh- oder Arbeitszeiten, die aber ansonsten genauso viel schlafen wie andere.

Den Autoren zufolge sei die Studie ein erster Schritt zu einem besseren Verständnis dieser wichtigen Vorgänge. Sie wollen die Forschung künftig weiterverfolgen und nach Methoden suchen, wie man die Uhr der Zellen neu ‚eichen’ könnte. Solche Eingriffsmöglichkeiten zu entwickeln, dürfte aber noch eine Zeit lang dauern.

Quellen:

Petrenko, V. et al.: Pancreatic α- and β-cellular clocks have distinct molecular properties and impact on islet hormone secretion and gene expression. In: Genes & Development, DOI: 10.1101/gad.290379.116

Universität Genf: Cellular jetlag seems to favor the development of diabetes. Pressemitteilung vom 20. März 2017


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