Ernährung, Körperuhr, Hormone und Stoffwechsel: Was ist der Zusammenhang?
Mit 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, durchgeführt wurde, hilft, die rhythmische Natur von Stresshormonen zu erklären, deren Spiegel vor dem Aufwachen und Füttern ansteigen und während des Schlafes und der Ebbe abklingen Fasten.
Die Ergebnisse klären auch, wie dieser Hormonzyklus mit dem Tagesablauf zusammenhängt, dem die Leber bei der Speicherung und Freisetzung von Zucker und Fett folgt.
Ein kürzlich Molekulare Zelle In diesem Artikel wird beschrieben, wie die Forscher diese Entdeckungen durch Untersuchung der Glukokortikoidaktivität in den Lebern von Mäusen gemacht haben.
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 erreichen ihren Höhepunkt und nehmen ab
Die Nebennieren setzen am Morgen Glukokortikoidhormone unter der Kontrolle von uhrbezogenen Signalen aus dem Gehirn frei.
Die biologische Uhr, die sich in jeder Körperzelle befindet, hilft dabei, den täglichen Zeitpunkt der Hormonfreisetzung zu regulieren. Sonnenlicht und Lebensstilfaktoren helfen dabei, 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 Aktivitäten des Tages vorzubereiten, indem sie Energie aus erhöhten Mengen an Fetten und Zucker gewinnen.
Eine Störung der biologischen Uhren - beispielsweise durch Arbeitsschichten oder durch Jetlag - kann jedoch den Stoffwechsel stark stören und zu verwandten Störungen wie Typ-2-Diabetes, Fettleibigkeit und Fettleber führen.
Glukokortikoid-Medikamente und eine als Cushing-Syndrom bezeichnete Erkrankung, die beide den Glukokortikoidspiegel erhöhen, können den gleichen Effekt haben.
Die Studie konzentrierte sich auf Glukokortikoidrezeptoren
Die neue Studie zielte darauf ab, den Zusammenhang zwischen den täglichen Stresshormonschwankungen, der biologischen Uhr und den Stoffwechselzyklen zu verstehen, indem Glukokortikoidrezeptoren in den Mittelpunkt gestellt wurden.
Glukokortikoide regulieren zahlreiche molekulare Prozesse in Funktionen, die vom Stoffwechsel über die Immunität bis hin zum Knochenwachstum und zur Wahrnehmung reichen.
Fast jede Körperzelle hat Rezeptoren für diese Hormone. Ohne den passenden Rezeptor kann das Hormon nicht in die Zelle gelangen und diese beeinflussen.
Für die neue Studie untersuchte das Team die Stoffwechselaktivität von Glukokortikoiden in den Lebern von Mäusen, indem es die Eigenschaften ihres passenden Rezeptors bewertete.
Sie verwendeten eine Reihe fortschrittlicher Techniken, um alle 4 Stunden über einen 24-Stunden-Zyklus zu kartieren, was mit Glukokortikoidrezeptoren in Mauslebern geschah. Sie verwendeten zwei Gruppen von Mäusen: Eine Gruppe ernährte sich normal und die andere Gruppe ernährte sich fettreich.
Das Team untersuchte auch im Detail, was mit dem 24-Stunden-Leberstoffwechsel der Mäuse infolge der täglichen Schwankungen der Glukokortikoidsekretion passiert ist.
Die Methoden, die sie verwendeten, ermöglichten es ihnen zu zeigen, dass die Wirkungen von Glukokortikoiden unterschiedlich waren, wenn die Tiere im Schlaf fasteten und während sie fütterten, wenn sie wach und aktiv waren.
Stresshormone regulieren zirkadiane Gene
Die Forscher fanden heraus, dass der Glucocorticoidrezeptor diese Effekte durch zeitempfindliche Bindung an die Genome der Leberzellen ausübte.
Darüber hinaus scheint es, dass der Rezeptor und damit die damit verbundenen Stresshormone dazu beitragen, nahezu alle zirkadianen Gene zu regulieren.
"Wenn wir die dominante Rolle [des Glukokortikoidrezeptors] bei der Synchronisation der zirkadianen Amplituden hervorheben", 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 Lebern von Mäusen, denen der Rezeptor fehlte, den Fett- und Zuckergehalt nicht Tag und Nacht kontrollierten.
Das Team schlägt vor, dass die Ergebnisse zeigen, wie die Leber den Zucker- und Fettgehalt im Blut tagsüber anders kontrolliert als nachts.
Eine weitere Reihe von Experimenten ergab auch, dass normalgewichtige und fettleibige Mäuse unterschiedlich auf ein Glucocorticoid-Medikament reagierten.
Das Team glaubt, dass die Studie die erste ist, die zeigt, dass eine Diät die Wirkung von Hormonen und Medikamenten auf das Stoffwechselgewebe verändern kann.
Die Forscher schlagen vor, dass ihre Ergebnisse dazu beitragen werden, das aufstrebende Gebiet der Chronomedizin zu informieren, das die Rolle der biologischen Uhr für Gesundheit und Krankheit betont.
„Wir könnten einen neuen Zusammenhang zwischen Lebensstil, Hormonen und Physiologie auf molekularer Ebene beschreiben, der darauf hindeutet, dass übergewichtige Menschen möglicherweise unterschiedlich auf die tägliche Hormonsekretion oder auf Glukokortikoid-Medikamente reagieren“, sagt die leitende Studienautorin Nina Henriette Uhlenhaut, Professorin am Helmholtz Zentrum München .
"Das Verständnis, wie Glukokortikoide 24-Stunden-Zyklen der Genaktivität in der Leber und folglich des Blut- und Zucker- und Fettspiegels steuern, liefert neue Einblicke in die Chronomedizin und die Entwicklung von Stoffwechselerkrankungen."
Prof. Nina Henriette Uhlenhaut
