Studie bringt Störung des zirkadianen Rhythmus mit Fettleibigkeit und Diabetes in Verbindung

Eine neue, im Journal of Clinical Investigation veröffentlichte Studie untersuchte Hinweise auf Störungen des zirkadianen Rhythmus, die Stoffwechselgesundheit und Gene für den zirkadianen Bewegungszyklus (Uhr).

Der Alltag ist eng mit der Umwelt verknüpft, was zur Entwicklung circadianer Rhythmen führt. Signale wie Temperatur, Sonnenlicht, Nahrung und Geräusche, sogenannte „Zeitgeber“, passen circadiane Rhythmen an äußere Bedingungen an. Immer mehr Belege deuten darauf hin, dass circadiane Störungen oder Zeitgeber mit negativen Folgen für den Menschen in Zusammenhang stehen. Eine umfassende Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Stoffwechselgesundheit und circadianer Genexpression fehlt. Diese Studie fasste Befunde aus Tiermodellen zusammen und verglich sie mit epidemiologischen Daten, um den Beitrag circadianer Störungen und der Clock-Genexpression zu Stoffwechselerkrankungen besser zu verstehen.

Zirkadiane Rhythmen in Tiermodellen

Genetische Treiber circadianer Rhythmen bei Tieren wurden erstmals bei der Fruchtfliege Drosophila melanogaster entdeckt. Dabei zeigte sich, dass das Periodengen (Per) und das Protein (PER) für den circadianen Rhythmus wichtig sind. Weitere Studien bestätigten diese Ergebnisse und identifizierten weitere wichtige Uhrgene, wie z. B. das Gehirn- und Muskel-ARNT-ähnliche 1 (BMAL1), Cryptochrom (CRY) und PER-Orthologe (PER1–PER3).

Mäuse mit mutierten Uhrgenen zeigten veränderte Essenszeiten und einen höheren Kalorienverbrauch, was zu Metabolischem Syndrom und Fettleibigkeit sowie einem verringerten Aktivitätsrhythmus führte. Ähnliche Stoffwechselveränderungen wurden bei anderen Mausmodellen mit Mutationen in molekularen Uhrkomponenten beobachtet.

Glukosehomöostase und Genexpression

Die Glukosehomöostase wird durch spezifische Gensignalmechanismen reguliert, die von bestimmten CCGs gesteuert werden. Die Studie zeigte, dass bei Mäusen mit normaler BMAL1-Expression in pankreatischen β-Zellen BMAL1/CLOCK-Dimere an regulatorische Stellen binden, was zur Transkription anderer Zielmoleküle als Leberzellen führt. Mäuse mit beeinträchtigter BMAL1-Expression entwickelten eine Glukoseintoleranz.

Epidemiologische und Bevölkerungsstudien

Erste Ergebnisse epidemiologischer Analysen von Nachtschichtarbeitern deuten darauf hin, dass Störungen des zirkadianen Rhythmus die Stoffwechselgesundheit beeinträchtigen. Die Nurses' Health-Studie stellte fest, dass Teilnehmer, die Nachtschichten arbeiteten, eine erhöhte Kalorienaufnahme, eine verkürzte Schlafdauer und ein höheres Risiko für Fettleibigkeit aufwiesen.

CCG-Genexpression und zirkadiane Störung

Eine Studie mit 18 Krankenschwestern ergab, dass Schichtarbeiter weniger Rhythmusgene in ihren mononukleären Zellen des peripheren Blutes aufwiesen als Tagschichtarbeiter. Eine weitere Studie mit 60 Krankenschwestern ergab eine unterschiedliche Expression fast aller CCGs. In einer separaten Studie wurden 22 Teilnehmer einer erzwungenen Desynchronisation von 28-Stunden-Tagen unterzogen, wobei der Schlafbeginn jede Nacht um vier Stunden verschoben wurde.

Stoffwechselpathologie und CCG-Gene

Möglicherweise besteht ein wechselseitiger Zusammenhang zwischen der CCG-Expression und der Stoffwechselgesundheit, da eine Verschlechterung der Stoffwechselgesundheit die CCG-Expression gewebespezifisch verändern kann. Eine Studie mit 28 adipösen und 21 schlanken Frauen ohne Diabetes zeigte eine veränderte Expression verschiedener CCGs bei adipösen Personen.

Abschluss

Immer mehr Belege deuten darauf hin, dass die Aktivität von Uhrgenen mit pathologischen Stoffwechselverläufen in Zusammenhang steht. Die Auswirkungen zirkadianer Störungen hängen von der Dauer und Art der Belastung ab. Lange Schichtarbeit kann die Wiederherstellung normaler Organrhythmen behindern. Weitere Forschung ist erforderlich, um die Evidenzbasis zu vertiefen und das Verständnis dieser Zusammenhänge zu verbessern.