Forschung
Diabetes, weil die Innere Uhr der Myozyten falsch tickt?
Forscher haben in Muskelzellen eine biologische Uhr entdeckt. Sie könnte an der Entstehung von Diabetes beteiligt sein.
Veröffentlicht:BERN. In unserem Körper ticken überall biologische Uhren. Sie schütten im Schlaf das Hormon Melatonin aus, begünstigen die Absonderung von Verdauungsenzymen nach dem Mittagessen und halten uns tagsüber wach. Eine Hauptuhr im Gehirn synchronisiert alle anderen Uhren in den verschiedenen Organen. Vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) unterstützte Forscher haben entdeckt, dass in Muskelzellen eine solche "zirkadiane Uhr" tickt. Kommt sie aus dem Takt, könnte dies die Entstehung von Typ-2-Diabetes beeinflussen (PNAS 2017, DOI:10.1073/pnas.1705821114).
Die Forscher der Universität Genf, der University of Bath, der Université Claude Bernard in Lyon, der EPFL, der University of Surrey und dem Nestlé Institute of Health Sciences fanden heraus, dass die Zusammensetzung der unterschiedlichen Arten von Lipiden in Muskelzellen im Laufe des Tages variiert und je nach Tageszeit manchmal ein Lipid dominanter ist als ein anderes, teilt der SNF zur Veröffentlichung der Studie mit.
Das internationale Team hat für die Studie die "Hauptuhr" der teilnehmenden freiwilligen Probanden 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. Dabei stellten die Forscher eine eindeutige Korrelation zwischen der Lipidzusammensetzung und der Tageszeit fest. "Da die Lipidzusammensetzung innerhalb der Probandengruppe stark schwankte, benötigten wir weitere Belege zur Untermauerung dieser These", wird Howard Riezman zitiert, der die Studie zusammen mit seiner Kollegin Charna Dibner in Genf leitete.
In einem zweiten Schritt stiegen die Forscher darum auf ein In-vitro-Experiment um. Sie züchteten menschliche Muskelzellen und synchronisierten diese künstlich, ohne Hauptuhr, mithilfe eines Signalmoleküls, das normalerweise vom Körper abgesondert wird. Dabei wurde eine periodische Schwankung der zellulären Lipidzusammensetzung beobachtet, ähnlich wie bei den am Menschen durchgeführten Versuchen. Wenn aber die Forschenden den Uhrmechanismus durch eine Hemmung der relevanten Gene unterbrachen, verschwanden die periodischen Lipidschwankungen größtenteils.
"Wir konnten klar nachweisen, dass diese Schwankung der Lipidzusammensetzung in unseren Muskeln von unserem zirkadianen Rhythmus abhängt", erklärt Erstautorin Ursula Loizides-Mangold in der Mitteilung des SNF. "Die wichtigste Frage bleibt aber offen: Welche Bedeutung hat dieser Mechanismus?"
Riezman ist der Ansicht, dass die biologische Uhr im Muskel über ihre Wirkung auf die Lipide regulierend auf die Insulinsensitivität der Muskelzellen wirken könnte. Da Lipide ein Bestandteil der Zellmembran sind, beeinflussen sie die Fähigkeit der Moleküle, in die Muskelzellen einzudringen und wieder hinaus zu gelangen. Durch Veränderung der Membran-Zusammensetzung könnte das Ansprechen des Muskels auf das Hormon und seine Fähigkeit zur Blutzuckeraufnahme beeinflusst werden.
Eine geringe Insulinsensitivität des Muskels führt zur Insulinresistenz, einer bekannten Ursache des Typ-2-Diabetes. "Studien zufolge besteht eine Verbindung zwischen zirkadianen Uhren, Insulinresistenz und der Entstehung von Diabetes", wird Charna Dibner, Co-Leiterin der Studie, zitiert. "Wenn es uns gelingt, anhand des Lipidstoffwechsels eine Verbindung zwischen dem zirkadianen Mechanismus und Typ-2-Diabetes nachzuweisen, könnte dies bedeutende therapeutische Auswirkungen haben. Dank unserer neuen Möglichkeiten der In-vitro-Untersuchung der Zelluhren im menschlichen Muskel können wir diese Hypothese im Rahmen unserer nächsten Studie überprüfen." (eb)
