Biorhythmus und Lipidtransport Wie innere Uhren den Fettstoffwechsel steuern

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Wir können essen was wir wollen und wann wir wollen. Doch der berüchtigte Mitternachtssnack ist prädestiniert, unseren Fettstoffwechsel durcheinanderzubringen. Welche Rolle die „innere Uhr“ dabei spielen könnte, haben Forscher nun am Modell der Taufliege gezeigt.

Unregelmäßige Mahlzeiten, sehr spätes Abendessen oder gar Mitternachtssnacks, keine längeren Phasen der Abstinenz – all das gilt inzwischen als mitverantwortlich für die Entwicklung des so genannten „Metabolischen Syndroms“ – eines Krankheitsbilds, das unter anderem durch Fettleibigkeit und Bluthochdruck, einen erhöhten Blutzucker und eine Fettstoffwechselstörung gekennzeichnet ist. Die dafür verantwortlichen Mechanismen sind bislang allerdings nur unzureichend verstanden.

Eine neue Studie von Wissenschaftlern am Biozentrum der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) könnte nun dazu beitragen, das Wissen über die gestörten Stoffwechselvorgänge zu vertiefen. In der Arbeit hat das Team untersucht, inwieweit innere Uhren den Fettstoffwechsel steuern – zumindest bei der Taufliege Drosophila.

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Der Kreislauf der Lipide

Die Wissenschaftler haben sich genauer angesehen, welchen Effekte den Lipidtransport im Körper beeinflussen. „Lipide, also Fette, sind Makro-Nährstoffe, die im Organismus beispielsweise als Bausteine für biologische Membranen, als Signalstoffe und als langfristige Energiespeicher dienen“, erklärt Dr. Agnes Fekete, Managerin der Metabolomics Core Unit am Lehrstuhl für Pharmazeutische Biologie an der JMU. „Um ihre Zielzellen zu erreichen, müssen Lipide nach der Nahrungsaufnahme aus dem Darm oder bei der Mobilisierung aus den Fettspeichern über den Blutkreislauf transportiert werden.“

Dieser „Kreislauf der Lipide“ könne allerdings durch den modernen Lebensstil gestört werden, wenn Schichtarbeit, unregelmäßige Essenszeiten und die permanente Verfügbarkeit von Nahrung nicht mit der Rhythmik übereinstimmen, die vom Tag-Nacht-Wechsel und den damit synchronisierten „inneren Uhren“ vorgegeben wird.

Strikter Rhythmus für Lipidtransport und Siesta-Phase

Das Team um Fekete und Prof Christian Wegener vom Lehrstuhl für Neurobiologie und Genetik hat deshalb am Beispiel der Taufliege untersucht, welchen regelmäßigen Schwankungen der Fettstoffwechsel bei diesem Insekt unterliegt, welche Rolle innere Uhren dabei spielen und wie sich Faktoren wie Licht, Nahrungsaufnahme und Nahrungszusammensetzung darauf auswirken. Ihr spezieller Blick galt dabei der so genannten Hämolymphe – dem Analogon zum Blutkreislauf des Menschen – und den darin transportieren Fettmolekülen.

Das zentrale Ergebnis fasst der Neurobiologe Wegener so zusammen: „Unsere Daten deuten darauf hin, dass die innere Uhr die täglichen Oszillationen der Transportlipide in der Hämolymphe auf die Ruhezeiten der Taufliege, die so genannte anabole Siesta-Phase, abstimmt. Dabei zeigt sich jedoch ein starker Einfluss des Lichts auf den Verlauf und die Stärke dieser Oszillationen.“

Licht und Diät als Einflussfaktoren untersucht

Zum Einsatz kamen im Rahmen dieser Studie sowohl normale, gesunde Taufliegen, als auch Exemplare, bei denen die innere Uhr genetisch ausgeschaltet war. Diese wurden bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen gehalten – mal in einem regelmäßigen Hell-Dunkel-Rhythmus, mal in konstanter Dunkelheit. Zusätzlich erhielten sie unterschiedliche „Diäten“ – von einem reinen Zuckermedium bis zum Standardmedium, das sämtliche Nährstoffe in reichlicher Menge enthielt.

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Innere Uhr steuert wohl den Lipidtransport

Über die Hämolymphe kontrollierte das Team regelmäßig, in welcher Konzentration die Fliege bestimmte Lipide durch ihren Organismus transportierte. Dabei zeigten sich eindeutige Muster: Bei „gesunden“ Fliegen beispielsweise, die in einem Hell-Dunkel-Zyklus auf einem reinen Zuckermedium gehalten wurden, war die Konzentration der Lipide speziell zu Beginn und am Ende der Lichtphase hoch. Unter konstant dunklen Bedingungen zeigte sich nur noch ein Anstieg, immer in der Mitte des „subjektiven“ Tages. Bei Fliegen ohne funktionierende innere Uhr zeigten sich keine solche regelmäßigen Kurven.

Weniger deutlich ausgeprägt waren diese Kurven auch dann, wenn die Fliegen nicht nur Zucker, sondern eine quasi vollwertige Nahrung bekamen. In diesem Fall waren die rhythmischen Veränderungen der Hämolymph-Fettwerte stark abgeschwächt. Dass die Lipidkonzentrationen bei einer zeitlich begrenzten Fütterung unabhängig vom Zeitpunkt der Nahrungsaufnahme einmal in der Mitte der Lichtphase ihren Höhepunkt erreichten, werten die Wissenschaftler als ein „deutliches Indiz für eine von inneren Uhren gesteuerte Oszillation“.

Ansatz für ein besseres Verständnis beim Menschen

Die beobachteten Vorgänge bei Drosophila unterscheiden sich natürlich in einigen Aspekten von denen beim Menschen oder bei anderen Säugetieren. Trotzdem ist das Team um Wegener und Fekete davon überzeugt, dass die aktuelle Arbeit als Ausgangspunkt dienen kann, um zugrundeliegende allgemeine Mechanismen mit den für Drosophila vorhandenen genetischen Werkzeugen detailliert zu untersuchen – und damit längerfristig auch einen Ansatzpunkt für das Verständnis der Prozesse und ihrer krankhaften Veränderungen beim Menschen bietet.

Als nächstes wollen die Wissenschaftler untersuchen, welche Rolle die innere Uhr im Darm und im Fettkörper – analog zu Leber und Fettgewebe beim Menschen – für die Rhythmizität spielen. Dafür wollen sie gezielt nur diese so genannten peripheren Uhren genetisch ausschalten beziehungsweise gegenüber den anderen Körperuhren desynchronisieren. „Das wäre ein Modell, mit dem sich die Auswirkungen der Desynchronisation der Körperuhren beispielsweise durch eine nächtliche Nahrungsaufnahme im Tiermodell untersuchen lassen“, sagt Wegener.

Originalpublikation: Kelechi M. Amatobi, Ayten Gizem Ozbek-Unal, Stefan Schäbler, Peter Deppisch, Charlotte Helfrich-Förster, Martin J. Mueller, Christian Wegener, Agnes Fekete: The circadian clock is required for rhythmic lipid transport in Drosophila in interaction with diet and photic condition, Journal of Lipid Research, 10.1016/j.jlr.2023.100417.

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