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Unsere Muskeln messen die Tageszeit

Diabetes und Schlafstörungen hängen zusammen

Vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) untersttzte Forschende haben in unseren Muskelzellen eine biologische Uhr entdeckt. Sie knnte an der Regulierung des Stoffwechsels und der Entstehung von Diabetes beteiligt sein.

In unserem Krper ticken berall biologische Uhren. Sie schtten im Schlaf das Hormon Melatonin aus, begnstigen die Absonderung von Verdauungsenzymen nach dem Mittagessen und halten uns tagsber wach. Eine Hauptuhr im Gehirn synchronisiert alle anderen Uhren in den verschiedenen Organen. Vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) untersttzte Forschende haben entdeckt, dass in unseren Muskelzellen eine solche "zirkadiane Uhr" tickt. Kommt diese Uhr aus dem Takt, knnte dies die Entstehung von Diabetes Typ 2 entscheidend beeinflussen. Die wissenschaftliche Arbeit des Forscherteams wurde vor Kurzem in der Fachzeitschrift PNAS[*] publiziert.

Entnahme von Muskelgewebe ber den Tag verteilt

Forschende der Universitt Genf, der University of Bath, der Universit Claude Bernard in Lyon, der EPFL, der University of Surrey und dem Nestl Institute of Health Sciences fanden heraus, dass die Zusammensetzung der unterschiedlichen Arten von Fetten (Lipide) in unseren Muskelzellen im Laufe des Tages variiert und je nach Tageszeit manchmal ein Lipid dominanter ist als ein anderes. Knnte dies mit dem Einfluss der biologischen Uhr zusammenhngen? Das internationale Team hat diese Hypothese anhand einer Untersuchung an freiwilligen Probanden berprft. Dazu wurde die Hauptuhr der Teilnehmenden 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 stellte das Forscherteam eine eindeutige Korrelation zwischen der Lipidzusammensetzung und der Tageszeit fest, erklrt Howard Riezman, der die Studie zusammen mit seiner Kollegin Charna Dibner in Genf leitete. "Da die Lipidzusammensetzung innerhalb der Probandengruppe stark schwankte, bentigten wir weitere Belege zur Untermauerung dieser These", sagt Riezman weiter.

In einem zweiten Schritt stiegen die Forschenden darum auf ein In-vitro-Experiment um. Sie zchteten menschliche Muskelzellen und synchronisierten diese knstlich, ohne Hauptuhr, mithilfe eines Signalmolekls, das normalerweise vom Krper abgesondert wird. Dabei wurde eine periodische Schwankung der zellulren Lipidzusammensetzung beobachtet, hnlich wie bei den am Menschen durchgefhrten Versuchen. Wenn aber die Forschenden den Uhrmechanismus durch eine Hemmung der relevanten Gene unterbrachen, verschwanden die periodischen Lipidschwankungen grtenteils.

Diabetes und Schlafstrungen hngen zusammen

"Wir konnten klar nachweisen, dass diese Schwankung der Lipidzusammensetzung in unseren Muskeln von unserem zirkadianen Rhythmus abhngt", erklrt Erstautorin Ursula Loizides-Mangold. "Die wichtigste Frage bleibt aber offen: Welche Bedeutung hat dieser Mechanismus?" Riezman ist der Ansicht, dass die biologische Uhr im Muskel ber ihre Wirkung auf die Lipide regulierend auf die Insulinsensitivitt der Muskelzellen wirken knnte. Da Lipide ein Bestandteil der Zellmembran sind, beeinflussen sie die Fhigkeit der Molekle, in die Muskelzellen einzudringen und wieder hinaus zu gelangen. Durch eine Vernderung der Membran-Zusammensetzung knnte das Ansprechen des Muskels auf das Hormon und seine Fhigkeit zur Blutzuckeraufnahme beeinflusst werden.

Eine geringe Insulinsensitivitt des Muskels fhrt zu einer sogenannten Insulinresistenz, einer bekannten Ursache des Diabetes Typ 2. "Studien zufolge besteht eine Verbindung zwischen zirkadianen Uhren, Insulinresistenz und der Entstehung von Diabetes", erklrt Charna Dibner, Co-Leiterin der Studie. "Wenn es uns gelingt, anhand des Lipidstoffwechsels eine Verbindung zwischen dem zirkadianen Mechanismus und dem Diabetes Typ 2 nachzuweisen, knnte dies bedeutende therapeutische Auswirkungen haben. Dank unserer neuen Mglichkeiten der In-vitro-Untersuchung der Zelluhren im menschlichen Muskel knnen wir diese Hypothese im Rahmen unserer nchsten Studie berprfen."

Quelle: U. Loizides-Mangold et al.: Lipidomics reveals diurnal lipid oscillations in human skeletal muscle persisting in cellular myotubes cultured in vitro. PNAS (2017). DOI: 10.1073/pnas.1705821114

zuletzt bearbeitet: 04.10.2017 nach oben

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