Menschen, die in der Nachtschicht oder zu unregelmäßigen Zeiten arbeiten, und zu unregelmäßigen Zeiten essen, sind anfälliger für Gewichtszunahme und Diabetes, wahrscheinlich aufgrund von Essgewohnheiten, die nicht mit dem natürlichen Tageslicht und den üblichen Essenszeiten übereinstimmen. Aber ist es möglich, die negativen Auswirkungen des Essens zu diesen „ungewöhnlichen“ Zeiten zu vermeiden, obwohl dies biologisch nicht vorzuziehen ist? Eine neue Studie der Perelman School of Medicine an der University of Pennsylvania sagt „Ja“ und gibt Aufschluss darüber, wie der Körper weiß, wann er essen muss. Die in „Science“ veröffentlichte Studie erklärt, wie Forscher eine Verbindung zwischen der inneren Uhr der Leber und den Fütterungszentren im Gehirn entdeckten.

Beeinflussung des Kommunikationswegs zwischen Leber und Gehirn ist ein vielversprechender Ansatz für das Gewichtsmanagement bei Personen mit gestörtem circadianen Rhythmus

Die Forschung des Teams zeigte, dass die Leber über den Vagusnerv Signale an das Gehirn sendet, die dem Gehirn mitteilen, ob die Nahrungsaufnahme zu einem Zeitpunkt erfolgt, der dem Tagesrhythmus des Körpers entspricht. Diese Signale können durch ungewöhnliche Arbeitszeiten gestört werden. Das Gehirn überkompensiert dann, was zu übermäßigem Essen zu falschen Zeiten führt. „Sowohl Mäuse als auch Menschen essen normalerweise zu Zeiten, in denen sie wach und aufmerksam sind, und dieser Kreislauf liefert Rückmeldungen von der Leber an die zentrale Uhr im Gehirn, die dafür sorgt, dass das System reibungslos funktioniert“, so der leitende Autor der Studie, Mitchell Lazar, MD, PhD, Direktor des Instituts für Diabetes, Adipositas und Stoffwechsel von Penn Medicine und Ware-Professor für Diabetes und Stoffwechselkrankheiten. Diese Rückmeldung erfolgt über eine Nervenverbindung von der Leber zum Gehirn.

Die Forscher konzentrierten sich speziell auf Gene, die als REV-ERBs bezeichnet werden, in den Leberzellen von Mäusen. REV-ERBs sind wichtige Proteine, die den circadianen Rhythmus des Körpers regulieren. Der circadiane Rhythmus des Körpers ist ein interner 24-Stunden-Zyklus, der verschiedene Aktivitäten reguliert, darunter Schlaf-Wach-Zyklen, Hormonausschüttung und Essgewohnheiten. Als diese REV-ERB-Gene bei Mäusen ausgeschaltet wurden, wodurch die Leber eine fehlerhafte Uhr hatte, änderten sich die Essgewohnheiten dramatisch, wobei mehr Nahrung zu weniger aktiven Zeiten aufgenommen wurde. Die Auswirkungen waren reversibel. Durch die Unterbrechung der Nervenverbindung bei adipösen Mäusen wurden normale Essgewohnheiten wiederhergestellt und die Nahrungsaufnahme reduziert. Dies deutet laut den Forschern darauf hin, dass die gezielte Beeinflussung dieses Kommunikationswegs zwischen Leber und Gehirn ein vielversprechender Ansatz für das Gewichtsmanagement bei Personen mit gestörtem circadianen Rhythmus sein könnte.

Das Forschungsteam geht davon aus, dass die gezielte Beeinflussung bestimmter Teile des Vagusnervs Menschen, die Nachtschichten arbeiten oder unter Jetlag leiden, helfen könnte, indem sie das durch gestörte Körperuhren verursachte übermäßige Essen bekämpft. Diese Erkenntnisse ebnen den Weg für zukünftige Therapien, die auf bestimmte Nervenbahnen abzielen können, um Menschen zu helfen, die mit Stoffwechselstörungen zu kämpfen haben, die durch unregelmäßige Essenszeiten verursacht werden. Zukünftige Forschungen sollten sich darauf konzentrieren, welche Art von chemischen Signalen die Leber an den Vagusnerv sendet, um zu verstehen, wie die Leber das Gehirn und den Körper durch diese Kommunikation beeinflusst.

Mehr als 3.000 epigenetische Schalter steuern die täglichen Leberzyklen

Doch wie wird die Aktivität in der Leber genau gesteuert? Wissenschaftler des Salk Institute haben jene spezifischen genetischen Schalter ermittelt, die die Leberaktivität mit dem circadianen Zyklus synchronisieren. Ihre Ergebnisse geben weitere Einblicke in jene Mechanismen, die hinter gesundheitsgefährdenden Erkrankungen wie hohem Blutzucker und hohem Cholesterinspiegel stehen.„Wir wissen, dass Gene in der Leber zu verschiedenen Tageszeiten ein- und ausgeschaltet werden und an der Verstoffwechselung von Substanzen wie Fett und Cholesterin beteiligt sind“, sagt Satchidananda Panda, Co-Korrespondenzautor des Artikels und außerordentlicher Professor im Labor für regulatorische Biologie von Salk. Um zu verstehen, was diese Gene ein- oder ausschaltet, mussten die Forscher die Schalter finden.

Zu ihrer Überraschung entdeckten sie, dass sich unter diesen Schaltern Chromatin befand, jener Proteinkomplex, der die DNA im Zellkern fest verpackt. Obwohl Chromatin für seine Rolle bei der Steuerung von Genen bekannt ist, wurde bisher nicht vermutet, dass es von circadianen Zyklen beeinflusst wird. In den letzten zehn Jahren haben Wissenschaftler begonnen, mehr über die Beziehung zwischen circadianen Zyklen und Stoffwechsel zu erfahren. Circadiane Zyklen beeinflussen fast alle lebenden Organismen, einschließlich Pflanzen, Bakterien, Insekten und Menschen. Bei Menschen und anderen Wirbeltieren steuert eine Gehirnstruktur namens suprachiasmatischer Nukleus die ciradianen Reaktionen. Aber es gibt auch Uhren im ganzen Körper, einschließlich unserer inneren Organe, die bestimmten Genen mitteilen, wann sie die Arbeitspferde-Proteine herstellen sollen, die grundlegende Funktionen in unserem Körper ermöglichen, wie z. B. die Produktion von Glukose zur Energiegewinnung.

In der Leber werden Gene, die den Fett- und Cholesterinstoffwechsel steuern, synchron mit diesen Uhren ein- und ausgeschaltet. Gene schalten sich jedoch nicht von selbst ein und aus. Ihre Aktivität wird durch das „Epigenom“ reguliert, eine Reihe von Molekülen, die den Genen signalisieren, wie viele Proteine sie herstellen sollen und, was aus circadianer Sicht am wichtigsten ist, wann sie gebildet werden sollen. In der Leber von Mäusen entdeckten sie mehr als 3.000 epigenomische Elemente, die die circadianen Zyklen von 14.492 Genen regulieren. Beim Vergleich des Mausgenoms mit dem menschlichen Genom fanden sie viele der gleichen Gene. Dadurch sind die Forscher dem Verständnis des Mechanismus der Genregulation einen Schritt näher gekommen.