Insulin beeinflusst die innere Uhr im Fettgewebe

Mikroskopische Aufnahme von humanen Adipozyten, in denen sich Lipidtropfen (weiß) ansammeln. ©DIfE

Mikroskopische Aufnahme von humanen Adipozyten, in denen sich Lipidtropfen (weiß) ansammeln. ©DIfE

 

Unsere innere Uhr steuert nahezu alle physiologischen Prozesse, beispielsweise den Stoffwechsel, den Blutdruck und die Körpertemperatur. Neben der zentralen inneren Uhr, die im suprachiasmatischen Nucleus des Hypothalamus sitzt, gibt es viele untergeordnete Uhren, die in jedem Organ, Gewebe und jeder Zelle des Körpers zu finden sind. Die zirkadianen Rhythmen basieren auf einem engen Zusammenspiel von sogenannten Clock-Genen, die über miteinander verschachtelte Rückkopplungsschleifen einen 24-Stunden-Rhythmus generieren. Neue Studien zeigen, dass die Essenszeiten und die Nahrungskomposition den zirkadianen Rhythmus verschiedener Gewebe verändern können. Über die zugrundeliegenden Mechanismen ist bislang jedoch wenig bekannt.

Ein Forschungsteam um PD Dr. Olga Ramisch vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung in Potsdam-Rehbrücke sowie Professor Achim Kramer und Professor Andreas F. H. Pfeiffer von der Charité – Universitätsmedizin Berlin untersuchten den Einfluss des erhöhten Insulinspiegels nach Mahlzeiten auf den zirkadianen Rhythmus des Fettgewebes und die molekularen Mechanismen dahinter. Durch Genexpressionsanalysen von Fettgewebsproben zeigten sie eine deutlich veränderte Expression der Clock-Gene nach den Mahlzeiten, was auf eine insulinabhängige Regulation der inneren Uhr schließen lässt.

Zur Aufklärung der molekularen Mechanismen, die für diese Regulation verantwortlich sind, nutzten die Forschenden genetisch veränderte Fettzellen. In diese Zellen wurde ein Luciferase-Gen eingesetzt und an einen Abschnitt des Per2-Gens gekoppelt. Per2 ist eines der Schlüsselgene des molekularen Uhrwerks. Dank der Luciferase erzeugen die Zellen Licht in Abhängigkeit von der Per2-Aktivität, was den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ermöglichte, die zirkadianen Rhythmen von Per2 in Echtzeit über mehrere Tage zu beobachten. So konnten die Forschenden zeigen, dass Insulin eine schnelle und vorübergehende Aktivitätssteigerung von Per2 bewirkt. 

In molekularbiologischen Versuchen identifizierten die Forschenden dann diejenigen Abschnitte des Per2-Gens, welche für den Insulineffekt entscheidend sind. Sie stellten fest, dass der Bereich zwischen 64 und 43 Basenpaaren eine wesentliche Rolle spielt. Die Forschenden gehen davon aus, dass die Mechanismen, die zur essensbedingten Umstellung der inneren Uhr führen, noch komplexer sind und weitere Hormone und Metabolite daran beteiligt sind. Das gilt es in zukünftigen Studien zu überprüfen.