Laut zwei Studien von Forschern vom Weill Cornell Medicine spielt die Störung des zirkadianen Rhythmus, der den Körper und seine Zellen auf den 24-Stunden-Tag-Nacht-Zyklus einstellt, eine entscheidende Rolle bei der Gewichtszunahme.
Stressbedingtes Wachstum von Fettzellen
In einer Studie, die in dem Fachblatt Cell Reports veröffentlicht wurde, zeigte sich, dass Stress, der durch die chronische Verabreichung von Glukokortikoid-Stresshormonen verursacht wird und den normalen Tageszyklus der Ausschüttung stört, bei Mäusen einen vorübergehenden Schutzmechanismus auslöst.
Dieser Schutzmechanismus kurbelt das Wachstum der Fettzellen und die Insulinproduktion an, während gleichzeitig der überschüssige Blutzucker– und Fettgehalt im Blutkreislauf und in der Leber reduziert wird.
Neue Behandlungsansätze gegen Fettleibigkeit
Eine zweite wissenschaftliche Forschungsarbeit, die in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, zeigt, dass sich Vorläuferzellen von Fettzellen während der Ruhephase von Mäusen zu Fettzellen entwickeln.
Die Ergebnisse dieser Studien deuten darauf hin, dass Stress und andere Faktoren, die den Rhythmus der körpereigenen „Uhren“ durcheinander bringen, zur Gewichtszunahme beitragen und neue Behandlungsansätze gegen Fettleibigkeit (Adipositas) aufzeigen können.
Dr. Mary Teruel, Associate Professor für Biochemie an der Weill Cornell Medicine, ist der Ansicht, dass viele biologische Mechanismen im Körper gegen einen gesunden Stoffwechsel arbeiten, wenn der Mensch aus dem zirkadianen Rhythmus gerät.
Für ihre erste Studie simulierten Dr. Teruel und seine Kollegen die störenden Auswirkungen, die Krankheiten wie das Cushing-Syndrom oder chronischer Stress auf die üblichen täglichen Schwankungen der Glukokortikoide, einer Klasse von stressbedingten Hormonen, haben.
Hierzu implantierten sie Mäusen Pellets unter die Haut, die über 21 Tage hinweg konstant Glukokortikoide abgaben, und verglichen die Werte mit denen normaler Mäuse, die normale Tagesschwankungen aufweisen.
Stoffwechselstörungen
Die Menge an braunem und weißem Fett bei den Mäusen mit den Glukokortikoid-Pellets verdoppelte sich innerhalb von 21 Tagen, und der Insulinspiegel schnellte in die Höhe, obwohl die Mäuse weiterhin dieselbe gesunde Ernährung wie die normalen Mäuse bekamen.
Setzt man die Tiere zum falschen Zeitpunkt unter Stress, hat das dramatische Auswirkungen, erklärt Prof. Teruel. Die Mäuse fressen nicht anders, aber die Verschiebung des Stoffwechsels führt zu einer Gewichtszunahme, so der Forscher.
Überraschenderweise schienen diese Stoffwechselstörungen einen „Schutzeffekt“ zu haben, indem sie den Blutzuckerspiegel niedrig hielten und verhinderten, dass sich Fett im Blut oder in der Leber ansammelte.
Als die Forscher am Weill Cornell Medical College die Pellets entfernten, kehrten sich die Stoffwechselveränderungen schnell um. Das zeigt, dass die Tiere eine Zeit lang mit chronischem Stress fertig werden können.
In der zweiten Studie banden die Forscher ein rot fluoreszierendes Protein an ein Protein, das die Expression wichtiger Gene der zirkadianen Uhr steuert, und ein gelb fluoreszierendes Protein an den Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptor gamma (PPARG), ein Protein, das die Fettzellenproduktion reguliert.
Mit Hilfe dieser beiden fluoreszierenden Marker beobachteten sie die täglichen Schwankungen der PPARG- und zirkadianen Genexpression in den Fettzellvorläufern der Maus.
In der Ruhephase des Tages stellten sie fest, dass das zirkadiane Protein CCAAT enhancer binding protein alpha (CEBPA) einen schnellen Anstieg der PPARG-Produktion verursacht.
Erreicht der PPARG-Spiegel einen bestimmten Schwellenwert, beginnen die Vorläuferzellen, sich zu Fettzellen zu entwickeln – ein Prozess, der einige Tage dauert.
Laut den Forschern braucht es für die Entscheidung, sich in eine Fettzelle zu verwandeln, nur vier Stunden. Es ist wie ein Schalter und das passiert nur zu einer bestimmten Tageszeit, so die Forscher.
Als nächstes wollen Wissenschaftler am Weill Cornell Medical College herausfinden, warum die Störung des Tagesrhythmus der Glukokortikoide vorübergehende schützende Stoffwechselveränderungen auslöst.
Des Weiteren stellt sich die Frage, ob lang anhaltender Stress oder eine fettreiche Ernährung diese Veränderungen dauerhaft macht.
Mit den Erkenntnissen aus diesen Studien könnte bestimmt werden, wie lange es sicher ist, Menschen mit Glukokortikoid-Medikamenten gegen Krankheiten wie Asthma zu behandeln.
Ferner könnten die Forschungsergebnisse zur Entwicklung von Medikamenten führen, die den zirkadianen Rhythmus bei Menschen mit Fettleibigkeit (Adipositas) wiederherstellen und eine Alternative zu invasiveren Behandlungen wie bariatrischen Operationen darstellen.
Eine weitere Möglichkeit wären Therapien, die auf das 4-Stunden-Fenster abzielen, in dem die Vorläuferzellen der Fettzellen beginnen, sich zu Fettzellen zu entwickeln, um übermäßige Fettansammlungen zu verhindern.
Quellen
- Weill Cornell Medical College
- Zhi-Bo Zhang et al, The circadian clock mediates daily bursts of cell differentiation by periodically restricting cell-differentiation commitment, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2204470119
- Stefan Tholen et al, Flattening of circadian glucocorticoid oscillations drives acute hyperinsulinemia and adipocyte hypertrophy, Cell Reports (2022). DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111018
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