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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.

„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 Schicht­dienst 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.

Quelle: idw