Studie erklärt, warum Asthma, Herzinfarkte und andere Erkrankungen oft früh am Morgen auftreten

Forscher im Labor von Professor Gad Asher am Weizmann Institute of Science haben eine bedeutende Entdeckung gemacht: Ein Schlüsselbestandteil des zirkadianen Rhythmus, das Protein BMAL1, reguliert die Reaktion des Körpers auf Sauerstoffmangel. Die in Cell Metabolism veröffentlichten Ergebnisse helfen zu erklären, warum viele Sauerstoffmangelzustände zeitabhängig sind.

Die Rolle von zirkadianen Rhythmen und Sauerstoffmangel

Zirkadiane Rhythmen sind ein 24-stündiger innerer molekularer Mechanismus, der Prozesse in jeder Körperzelle reguliert. Das Protein BMAL1, bekannt als die „Uhr“ der Zelle, interagiert mit einem weiteren Schlüsselprotein, HIF-1α, das bei Sauerstoffmangel aktiviert wird.

• HIF-1α: Bei normalem Sauerstoffgehalt wird dieses Protein schnell zerstört. Bei einem Mangel stabilisiert, akkumuliert und aktiviert HIF-1α jedoch Gene, die zur Anpassung an Hypoxie beitragen.
• BMAL1: Untersuchungen haben gezeigt, dass dieses zirkadiane Protein nicht nur die HIF-1α-Funktion verbessert, sondern auch eine unabhängige Rolle bei der Reaktion des Körpers auf Sauerstoffmangel spielt.

Experiment mit Mäusen

Um die Beziehung zwischen zirkadianen Rhythmen und der Reaktion auf Hypoxie zu untersuchen, schufen die Forscher drei Gruppen genetisch veränderter Mäuse:

1. HIF-1α wurde im Lebergewebe nicht produziert.
2. Hat BMAL1 nicht produziert.
3. Beide Proteine wurden nicht produziert.

Ergebnisse:

• Als der Sauerstoffgehalt sank, verhinderte das Fehlen von BMAL1 die Ansammlung von HIF-1α, was die genetische Reaktion auf Hypoxie beeinträchtigte.
• Bei Mäusen, denen beide Proteine fehlten, war die Überlebensrate je nach Tageszeit niedrig, wobei die Sterblichkeit nachts besonders hoch war.

Schlussfolgerungen: BMAL1 und HIF-1α spielen eine Schlüsselrolle beim Schutz des Körpers vor Hypoxie, und zirkadiane Rhythmen stehen in direktem Zusammenhang mit der Reaktion des Körpers auf Sauerstoffmangel.

Leberpathologie und die Verbindung mit der Lunge

Bei Mäusen, denen beide Proteine in der Leber fehlten, stellten die Forscher bereits vor der Hypoxie-Exposition einen niedrigen Sauerstoffgehalt im Blut fest. Dies weckte den Verdacht, dass die Todesfälle mit einer beeinträchtigten Lungenfunktion zusammenhingen.

• Diese Mäuse entwickelten ein hepatopulmonales Syndrom, eine Erkrankung, bei der sich die Blutgefäße in der Lunge erweitern, wodurch der Blutfluss zunimmt, die Effizienz der Sauerstoffaufnahme jedoch abnimmt.
• Die Analyse zeigte eine erhöhte Produktion von Stickstoffmonoxid in der Lunge, was zu einer verstärkten Vasodilatation (Erweiterung der Blutgefäße) führte.

Bedeutung der Studie

1. Chronobiologie von Krankheiten: Die Ergebnisse erklären, warum es Patienten mit Hypoxie oder Krankheiten wie Asthma oder Herzinfarkten zu bestimmten Tageszeiten schlechter geht.
2. Krankheitsmodelle: Mäuse ohne HIF-1α und BMAL1 sind das erste genetische Modell zur Untersuchung des hepatopulmonalen Syndroms und eröffnen neue Behandlungsansätze.
3. Behandlungsaussichten: Die Studie legt nahe, dass zielgerichtete Medikamente, die Proteine regulieren, die an der Leber-Lungen-Kommunikation beteiligt sind, eine neue Behandlungsoption darstellen könnten.

„Wir beginnen gerade erst, die komplexen Mechanismen zu verstehen, die zirkadiane Rhythmen, Hypoxie und die Wechselwirkungen zwischen Organen miteinander verbinden“, sagte Professor Asher. „Diese Entdeckungen könnten zu neuen Behandlungsmöglichkeiten für Krankheiten führen, die mit Sauerstoffmangel einhergehen.“