Wis­sen­schaft­ler des Helm­holtz-Zen­trums Mün­chen und der Lud­wig-Maxi­mi­li­ans-Uni­ver­si­tät Mün­chen haben sich mit der Fra­ge beschäf­tigt, wie sich Mus­kel­zel­len auf einen anstren­gen­den Arbeits­tag vor­be­rei­ten. Dahin­ter steckt ein gan­zes Stoff­wech­sel­netz­werk, das – anders als erwar­tet – nicht vom Gehirn gesteu­ert wird, son­dern von der „inne­ren Uhr“ der Mus­kel­zel­len sel­ber.

Eine sol­che „inne­re Uhr“ besit­zen qua­si alle Zel­len des mensch­li­chen Kör­pers. Sie steu­ert sämt­li­che Vor­gän­ge, die nicht gleich­zei­tig statt­fin­den oder nicht mit immer glei­cher Inten­si­tät ablau­fen sol­len. „Das betrifft bei­spiels­wei­se die Ver­wer­tung von Nähr­stof­fen wie Fett und Pro­te­inen“, erklärt Prof. Dr. Hen­ri­et­te Uhlen­haut. Sie ist Grup­pen­lei­te­rin am Insti­tut für Dia­be­tes und Adi­po­si­tas des Helm­holtz-Zen­trums Mün­chen (IDO) sowie am Gen­zen­trum der LMU.

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„Gerät die inne­re Uhr des Kör­pers aber aus dem Takt, so kann das schwe­re Fol­gen für den Stoff­wech­sel haben. So ist bei­spiels­wei­se bekannt, dass Men­schen, die viel im arbei­ten, beson­ders anfäl­lig für Stoff­wech­sel­krank­hei­ten wie Dia­be­tes sind“, erklärt die Pro­fes­so­rin wei­ter.

In der aktu­el­len Arbeit kon­zen­trier­te sich das Team um Uhlen­haut nun erst­mals auf den 24-Stun­den-Stoff­wech­sel-Rhyth­mus der Mus­keln. „Wir hat­ten spe­zi­ell zwei Pro­te­ine im Blick, die als soge­nann­te Mas­ter Regu­la­to­ren der inne­ren Uhr fun­gie­ren“, sagt Dr. Ken­neth Dyar, Wis­sen­schaft­ler am IDO und Erst­au­tor der aktu­el­len Stu­die. „Die­se bei­den Mole­kü­le bin­den an die DNA und sto­ßen alle nach­fol­gen­den Pro­zes­se an.“ In Mus­kel­zel­len von Mäu­sen konn­ten die Wis­sen­schaft­ler die Akti­vi­tät die­ser bei­den Pro­te­ine im Tages­ver­lauf sehr genau ermit­teln.

Stoffwechselnetzwerk aufgedeckt

In Zusam­men­ar­beit mit ita­lie­ni­schen und öster­rei­chi­schen Kol­le­gen (vom Vene­zia­ni­schen Insti­tut für Mole­ku­la­re Medi­zin sowie den Uni­ver­si­tä­ten von Padua, Tri­est und Graz) arbei­te­ten die Wis­sen­schaft­ler bestimm­te Vor­gän­ge her­aus, die nachts von den Regu­la­to­ren der inne­ren Uhr ange­schal­tet wer­den: „Dar­un­ter fällt bei­spiels­wei­se das Spei­chern von Fett, der Zucker­stoff­wech­sel oder die Sen­si­ti­vi­tät gegen­über dem Hor­mon Insu­lin“, erklärt Hen­ri­et­te Uhlen­haut. Gleich­zei­tig wür­den gegen­läu­fi­ge Pro­zes­se wie die Fett­säu­re­oxi­da­ti­on oder der Pro­tein­ab­bau her­un­ter­ge­fah­ren, so die Autoren. Die­se Mus­ter sei­en vor allem in den Stun­den vor dem Auf­wa­chen beson­ders aus­ge­prägt und berei­ten die Mus­keln auf den kom­men­den Tag vor.

Eingriff in die „innere Uhr“

Im letz­ten Schritt unter­such­ten die Wis­sen­schaft­ler Ein­griffs­mög­lich­kei­ten in die­se Vor­gän­ge. Dazu beob­ach­te­ten sie Mäu­se, bei denen einer der Mas­ter Regu­la­to­ren fehl­te. Ohne ihre „inne­re Uhr“ bil­de­ten die Tie­re deut­lich weni­ger Fett­mas­se und die Pro­duk­ti­on von Mus­kel­pro­te­inen wur­de erhöht. „Zusam­men­ge­nom­men deckt unse­re Arbeit auf meh­re­ren Ebe­nen ein gan­zes Stoff­wech­sel­netz­werk auf“, erklärt Stu­di­en­lei­te­rin Uhlen­haut.

Lang­fris­tig wol­len die Autoren die Mecha­nis­men auch im Men­schen unter­su­chen und eine Mög­lich­keit fin­den, dar­in ein­zu­grei­fen. So wäre es dem­nach denk­bar, eine Insu­lin­re­sis­tenz bei Typ-2-Dia­be­tes zu bekämp­fen, oder die Ener­gie­ver­bren­nung anzu­kur­beln, um krank­haf­tes Über­ge­wicht zu redu­zie­ren.