Zusammenarbeit der zirkadianen Uhren in Leber und Muskulatur ist wichtig für die Steuerung des Glukosestoffwechsels

Eine internationale Studie zu den Auswirkungen des zirkadianen Rhythmus in verschiedenen Geweben zeigt, dass für die Steuerung des Glukosespiegels im Körper ein minimales Netzwerk erforderlich ist. Dieser Befund hat nach Ansicht der Autoren Auswirkungen auf Diabetes und andere altersbedingte Krankheiten.

Die gemeinsame Arbeit von Teams am Department of Medicine and Life Sciences (MELIS) ​​der Pompeu Fabra University in Barcelona (UPF, Spanien), der University of California in Irvine (UCI) und dem Institute for Research in Biomedicine (IRB Barcelona, Spanien) hat gezeigt, dass ein Zusammenspiel zwischen dem zirkadianen Rhythmus in Leber und Skelettmuskulatur den Glukosestoffwechsel steuert. Die Forschungsergebnisse belegen, dass die lokale Funktion des zirkadianen Rhythmus in jedem Gewebe nicht für den gesamten Glukosestoffwechsel im Körper ausreicht, sondern auch Signale von Nahrungs- und Fastenzyklen erfordert, um den Glukosespiegel im Körper angemessen aufrechtzuerhalten. Das Verständnis der dem Glukosehaushalt zugrunde liegenden Komponenten hat laut den Wissenschaftlern klare Auswirkungen auf Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes oder andere altersbedingte Störungen.

In praktisch jeder Zelle des Körpers gibt es eine zirkadiane Uhr, die biologische Prozesse auf einen 24-Stunden-Zyklus ausrichtet, um körperliche, geistige und Verhaltensveränderungen zu synchronisieren. Dieser Prozess wird durch die zentrale Uhr im Gehirn unterstützt, die die Uhren in peripheren Geweben synchronisiert. „Die Aufrechterhaltung des zirkadianen Rhythmus ist mit der allgemeinen Gesundheit assoziiert, wenn er stabil ist, aber mit Krankheit, wenn er gestört ist. Daher können zirkadiane Störungen den Kohlenhydratstoffwechsel beeinflussen und diabetesähnliche Anomalien hervorrufen“, erklärt Seniorautorin Pura Muñoz-Cánoves vom MELIS-UPF. Die Ergebnisse der gerade in „Cell Reports“ veröffentlichten Studie sind insofern überraschend, weil sie zeigen, dass die zirkadianen Uhren in Leber und Muskeln auch in Abwesenheit der zentralen Uhr im Gehirn die Zeit selbstständig regulieren können. Allerdings sei die Stärke dieser Rhythmen reduziert, erklären die Autoren.

Die Studie ergab auch, dass unter diesen Bedingungen die Glukoseaufnahme und -verarbeitung verändert war. Die Kombination der zirkadianen Uhren mit Nahrungsaufnahme-Fasten-Zyklen verbesserte jedoch die Funktion jeder einzelnen Uhr und stellte die Glukoseregulierung im kombinierten System wieder her. Dieser Befund zeige, so erklären die Forschenden, dass ein täglicher Nahrungsaufnahme-Fasten-Rhythmus der Schlüssel zur Synergie der zirkadianen Rhythmen in Leber und Muskulatur und zur Wiederherstellung der Glukosestoffwechselkontrolle wichtig ist.

Jacob Smith vom MELIS-UPF, der die Studie gemeinsam mit Kevin Koronowski leitete, kommentiert: „Unsere Studie zeigt, dass für die Glukosetoleranz ein minimales Uhrennetzwerk erforderlich ist. Die zentrale Uhr, die die täglichen Nahrungsaufnahme-Zyklen steuert, arbeitet mit lokalen Uhren in Leber und Muskel zusammen. Der nächste Schritt besteht nun darin, die Signalfaktoren zu identifizieren, die an dieser Interaktion beteiligt sind.“

„Wir glauben, dass dieser Befund vielversprechend für die Behandlung menschlicher Krankheiten wie Diabetes sein könnte, bei denen dieses Leber-Muskel-Netzwerk für einen therapeutischen Nutzen gezielt eingesetzt werden kann, sowie für andere altersbedingte Erkrankungen“, fügt Muñoz-Cánoves hinzu, Wissenschaftler beim Forschungsunternehmen Altos Labs in San Diego (USA).

Die Ergebnisse wurden mithilfe eines „uhrenlosen“ Mausmodells erzielt, das im Labor von Salvador Aznar Benitah am IRB Barcelona entwickelt wurde und bei dem Uhren nur in der Leber oder im Skelettmuskel oder kombinierte Uhren in beiden Organen wiederhergestellt wurden.

„Dies ist ein großartiges Beispiel dafür, wie man durch die Untersuchung der Kommunikation zwischen peripheren Geweben beginnt, das komplexe Zusammenspiel der systemischen Kommunikation zu verstehen“, sagt Aznar Benitah. „Wir sind begeistert zu sehen, wie die tägliche Koordination zwischen Leber und Muskel in der Lage war, die systemische Glukosetoleranz aufrechtzuerhalten, was für uns völlig unerwartet war.“