Innere Uhr und Stoffwechselprozesse sind eng miteinander verzahnt, damit der Körper je nach Tageszeit optimal auf Umwelteinflüsse, wie zum Beispiel Nahrung, reagieren kann. Dabei werden Stoffwechselsignale vom molekularen Uhrwerk wahrgenommen und der Zellstoffwechsel in der Folge angepasst. Sobald einer dieser Mechanismen gestört ist, funktioniert auch der andere nicht richtig, wie sich an Diabetes oder Metabolischem Syndrom bei zum Beispiel durch Schichtarbeit gestörter Innerer Uhr beobachten lässt.
Die Wissenschaftler um Prof. Dr. Achim Kramer, Leiter des Arbeitsbereichs Chronobiologie am Institut für Medizinische Immunologie der Charité, haben nun untersucht, welche Rolle der Stoffwechsel von Häm, einem eisenhaltigen Farbstoff der roten Blutkörperchen, für das Funktionieren der Inneren Uhr spielt. Es handelt sich dabei um eine komplexe Verbindung, die als Stoffwechselsensor in zahlreichen anderen Proteinen präsent ist.
Molekularer Mechanismus gestört
„Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Abbauprodukt von Häm, das Kohlenmonoxid – eigentlich ein hochtoxisches Gas – für ein reibungsloses Ticken der Inneren Uhr essentiell ist“, erklärt Prof. Kramer. „Stört man dessen Produktion in Leberzellen, zum Beispiel durch pharmakologische Hemmung oder durch genetisches Ausschalten des verantwortlichen Enzyms Hämoxygenase, ist der molekulare Mechanismus der Inneren Uhr gestört und sie geht langsamer“, so der Wissenschaftler weiter.
Störungen dieser Art führen zu einer massiven Fehlregulation von Hunderten von Genen, die unter anderem auch für essentielle Stoffwechselprozesse, wie die Neusynthese von Glukose, verantwortlich sind. Die aktuellen Erkenntnisse tragen zu einem weiteren Verständnis der Zusammenhänge von Stoffwechselerkrankungen und dem Wirken der Inneren Uhr bei. Mit der Aufklärung der molekularen Grundlagen der Inneren Uhr könnten sich zudem gezieltere Therapien entwickeln lassen.
Quelle: Charité – Universitätsmedizin Berlin
Publikation: Achim Kramer et al.; Reciprocal regulation of carbon monoxide metabolism and the circadian clock; Nature, 2016; doi: 10.1038/nsmb.3331
