Ernährung, Körperuhr, Hormone und Stoffwechsel
Mit Hilfe von Mäusen haben Wissenschaftler erstmals gezeigt, wie Stresshormone den Fett- und Zuckerspiegel über einen 24-Stunden-Zyklus steuern. Darüber hinaus haben sie gezeigt, dass eine kalorienreiche Ernährung die Zeitempfindlichkeit von Stoffwechselzyklen verändern kann.
Die neue Studie, die von Forschern des Helmholtz Zentrums München und des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD), ebenfalls in München, geleitet wurde, hilft, die rhythmische Natur von Stresshormonen zu erklären, deren Konzentration vor dem Aufwachen und der Nahrungsaufnahme steigt und während des Schlafes und Fastens abfällt.
Die Ergebnisse verdeutlichen auch, wie sich dieser hormonelle Zyklus auf den Alltag der Leber bei der Speicherung und Freisetzung von Zucker und Fett bezieht.
Ein kürzlich erschienenes Molecular Cell Paper beschreibt, wie die Forscher diese Entdeckungen machten, indem sie die Aktivität von Glukokortikoiden in der Leber von Mäusen untersuchten. (1)
Da der Glukokortikoidrezeptor auch das Ziel entzündungshemmender synthetischer Steroide ist, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Glukokortikoid-Medikamente unterschiedliche Auswirkungen auf Menschen mit und ohne Fettleibigkeit haben könnten.
Stresshormone steigen und fallen
Die Nebennieren setzen am Morgen Glukokortikoidhormone unter der Kontrolle von uhrzeitbezogenen Signalen aus dem Gehirn frei. (2)
Die biologische Uhr, die sich in jeder Zelle des Körpers befindet, hilft, den täglichen Zeitpunkt der Hormonausschüttung zu regulieren. Sonnenlicht- und Lebensstilfaktoren helfen, die biologische Uhr synchron zu halten.
Die Drüsen setzen die Hormone auch als Reaktion auf Stress frei, weshalb sie auch als Stresshormone bezeichnet werden.
Die Stresshormone erreichen ihren Höhepunkt vor dem Aufwachen und helfen dem Körper, sich auf die täglichen Aktivitäten vorzubereiten, indem sie Energie aus erhöhten Fett- und Zuckerwerten beziehen.
Allerdings kann eine Störung der biologischen Uhren – z.B. durch Arbeitsschichten oder Jetlag – den Stoffwechsel stark beeinträchtigen und zu verwandten Störungen wie Typ-2-Diabetes, Fettleibigkeit und Fettleber beitragen.
Glukokortikoid-Medikamente und ein Leiden namens Cushing-Syndrom, die beide den Glukokortikoidspiegel erhöhen, können den gleichen Effekt haben.
Studie mit Fokus auf Glukokortikoidrezeptoren
Die neue Studie zielte darauf ab, den Zusammenhang zwischen den täglichen Stresshormonschwankungen, der biologischen Uhr und den Stoffwechselzyklen zu verstehen, indem sie sich auf Glukokortikoidrezeptoren konzentriert.
Glukokortikoide regulieren zahlreiche molekulare Prozesse in Funktionen, die von Stoffwechsel und Immunität bis hin zu Knochenwachstum und Kognition reichen.
Fast jede Zelle des Körpers hat Rezeptoren für diese Hormone. Ohne den passenden Rezeptor kann das Hormon nicht in die Zelle eindringen und sie beeinflussen.
Für die neue Studie untersuchte das Team die metabolische Aktivität von Glukokortikoiden in der Leber von Mäusen, indem es die Eigenschaften ihres passenden Rezeptors untersuchte.
Sie benutzten eine Reihe von fortschrittlichen Techniken, um zu erfassen, was mit Glukokortikoidrezeptoren in der Maus alle 4 Stunden über einen 24-Stunden-Zyklus passierte.
Sie benutzten zwei Gruppen von Mäusen: eine Gruppe war auf einer normalen Ernährung, und die andere Gruppe erhielt eine fettreiche Ernährung.
Das Team untersuchte auch eingehend, was mit dem 24-Stunden-Leberstoffwechsel der Mäuse infolge der täglichen Schwankungen der Glukokortikoidsekretion geschah.
Die Methoden, die sie benutzten, erlaubten es ihnen zu zeigen, dass die Wirkungen von Glukokortikoiden unterschiedlich waren, wenn die Tiere im Schlaf fasteten, und während sie aßen, wenn sie wach und aktiv waren.
Stresshormone regulieren zirkadiane Gene
Die Forscher fanden heraus, dass der Glukokortikoidrezeptor diese Effekte durch zeitsensible Bindung an die Genome der Leberzellen ausübte.
Darüber hinaus scheint es, dass der Rezeptor und damit die zugehörigen Stresshormone helfen, fast alle zirkadianen Gene zu regulieren.
“Die dominante Rolle des Glukokortikoidrezeptors bei der Synchronisation zirkadianer Amplituden hervorzuheben”, schreiben die Autoren, “stellen wir fest, dass die Mehrheit der oszillierenden Gene an den Glukokortikoidrezeptor gebunden ist und von diesem abhängt”.
Die Forscher zeigten, dass die Leber von Mäusen, denen der Rezeptor fehlte, den Fett- und Zuckerspiegel je nach Tag und Nacht nicht kontrollierte.
Das Team schlägt vor, dass die Ergebnisse zeigen, wie die Leber den Zucker- und Fettgehalt im Blut tagsüber anders steuert als nachts.
Eine weitere Reihe von Experimenten ergab auch, dass Normalgewichtige und fettleibige Mäuse unterschiedlich auf ein Glukokortikoid-Medikament reagierten.
Das Team glaubt, dass die Studie die erste ist, die zeigt, dass die Ernährung die Wirkung von Hormonen und Medikamenten auf das Stoffwechselgewebe verändern kann.
Die Forscher schlagen vor, dass ihre Ergebnisse dazu beitragen werden, den aufkommenden Bereich der Chronomedizin zu entschlüsseln, der die Rolle der biologischen Uhr bei Gesundheit und Krankheit betont.
“Wir könnten einen neuen Zusammenhang zwischen Lebensstil, Hormonen und Physiologie auf molekularer Ebene beschreiben, was darauf hindeutet, dass adipöse Menschen unterschiedlich auf die tägliche Hormonsekretion oder auf Glukokortikoid-Medikamente reagieren können”, sagt Studienautorin Nina Henriette Uhlenhaut, Professorin am Helmholtz Zentrum München.
“Das Verständnis, wie Glukokortikoide 24-Stunden-Zyklen der Genaktivität in der Leber und damit den Blutzucker- und Fettgehalt kontrollieren, liefert neue Erkenntnisse über die Chronomedizin und die Entwicklung von Stoffwechselerkrankungen.”
Prof. Nina Henriette Uhlenhaut
