Die innere Uhr steuert die Aktivität vieler Gene in einem Rhythmus von etwa 24 Stunden, doch dieser Rhythmus verläuft offenbar nicht in allen Zellen eines Organs gleich. Eine in der Fachzeitschrift Life Metabolism veröffentlichte Studie an Mäusen, geleitet von Min-Dian Li (Army Medical University) und Dingbang Ma (Chinesische Akademie der Wissenschaften), liefert dafür Hinweise: Sie hat die Genaktivität in einzelnen Zellkernen von Leber und Skelettmuskel im Tagesverlauf gemessen und deutliche Unterschiede zwischen Zelltypen gefunden. Die Befunde stammen aus Grundlagenforschung an Mäusen und lassen sich bislang nicht auf Menschen oder auf Therapien übertragen.
Was zirkadiane Rhythmen sind
Zirkadiane Rhythmen sind innere Zyklen von rund 24 Stunden, die Stoffwechsel, Hormonhaushalt und Verhalten zeitlich ordnen. Bei Säugetieren gibt der Nucleus suprachiasmaticus im Hypothalamus den Takt vor. Er wird durch den Wechsel von Hell und Dunkel synchronisiert und stimmt die inneren Uhren in Organen wie Leber und Skelettmuskel aufeinander ab (Li et al., 2012).
Auf molekularer Ebene lenken Uhrgene die rhythmische Aktivität sehr vieler weiterer Gene. Das Ergebnis ist, dass ein Teil der Gene im Organ nur zu bestimmten Tageszeiten verstärkt abgelesen wird.
Was bisher bekannt war
Schon frühe Untersuchungen mit Genchips zeigten, dass dieser Rhythmus gewebespezifisch ist. Panda et al. (2002) fanden etwa 650 zyklisch aktive Transkripte im Nucleus suprachiasmaticus und in der Leber der Maus, wobei die Mehrheit nur in einem der beiden Gewebe schwang.
McCarthy et al. (2007) identifizierten 215 zirkadiane Transkripte im Skelettmuskel adulter Mäuse. Nur wenige davon zyklierten auch in anderen untersuchten Zelltypen. Miller et al. (2007) beschrieben zudem, dass viele Transkriptionsfaktoren entweder in Leber oder in Muskel rhythmisch aktiv waren, aber nicht in beiden.
Diese Ansätze hatten eine Einschränkung: Sie massen das Gewebe als Ganzes. Organe bestehen jedoch aus verschiedenen Zelltypen, deren Signale sich in einer solchen Messung vermischen.
Wie die neue Studie vorgegangen ist
Das Team nutzte die Einzelkern-RNA-Sequenzierung (snRNA-seq). Sie erfasst die Genaktivität in einzelnen Zellkernen und erlaubt es, Zellen nach ihrem Typ getrennt auszuwerten.
Untersucht wurden laut Pressemitteilung Leber und Wadenmuskel (Musculus gastrocnemius) weiblicher Mäuse. Die Proben wurden alle drei Stunden über 24 Stunden entnommen, die Tiere hielten sich dabei in konstanter Dunkelheit auf, also ohne Hell-Dunkel-Wechsel. Angaben zur Zahl der Tiere enthält die Pressemitteilung nicht.
Die Forschenden unterschieden in der Leber Hepatozyten entlang der Achse zwischen Portalvene und Zentralvene (Zonen 1 bis 4). Im Muskel trennten sie Zellkerne nach Fasertyp (Typ I, IIa, IIb und IIx).
Die wichtigsten Ergebnisse
Nach Angaben der Autorinnen und Autoren enthielt jeder Zelltyp-Untertyp in der Leber zwischen 1.300 und 3.000 rhythmische Gene (6 bis 13 Prozent), im Skelettmuskel zwischen 600 und 1.600 (4 bis 8 Prozent). Leberzellen der Zonen 1 bis 4 zeigten deutlich stärkere Rhythmen als Nicht-Parenchymzellen. Unter den Muskelzellkernen wies der glykolytische Typ IIb die meisten rhythmischen Gene auf.
Auch die Stoffwechselwege unterschieden sich nach Zelltyp und Tageszeit:
- Leber, Zone 4 (um die Zentralvene): HIF-1-Signalweg, Glykolyse und Pyrimidinstoffwechsel waren in der aktiven Phase verstärkt.
- Leber, Zone 1 (um die Portalvene): Aktiv waren unter anderem cAMP- und FOXO-Signalwege sowie der Fremdstoff- und Nährstoffstoffwechsel.
- Muskel, oxidativer Typ IIa: Oxidative Phosphorylierung, Citratzyklus sowie PPAR- und PI3K-AKT-Signalwege traten in der späten aktiven Phase hervor.
- Muskel, glykolytischer Typ IIb: Glykolyse und Glukoneogenese sowie ribosomale Signalwege waren in der Ruhephase aktiv.
Die Unterschiede zeigten sich auch beim Vergleich der Gemeinsamkeiten. Zwischen den Muskelzell-Untertypen teilten sich nur 29 rhythmische Gene, darunter die Kernuhrgene Arntl, Clock und Per2. Zwischen den Leberzonen waren es 1.481.
Mögliche Regulatoren
Mit einer Analyse regulatorischer Netzwerke (SCENIC) suchte das Team nach Transkriptionsfaktoren, die diese Muster steuern könnten. In Hepatozyten der Zone 1 nennt die Studie unter anderem Srebf1, Foxo1 und Tead3, in Leberzellen allgemein die Kernrezeptoren Nr1h4 (FXR) und Ppara. In oxidativen Muskelzellkernen wurden Ppara, Esrrg und Klf15 genannt, in glykolytischen Tbx15.
Zur Überprüfung nutzte das Team eine zweite Gruppe erwachsener weiblicher Mäuse, Wildtypen und Clock-Mutanten, die zwölf Wochen lang fettreich gefüttert wurden. Diese Messungen am gesamten Gewebe stützen, dass mehrere der Kandidaten, darunter Srebf1, Foxo1, Nr1h4, Ppara, Klf15 und Tbx15, vom Uhrensystem reguliert werden.
Das belegt aber nicht, dass sie in genau den beschriebenen Zelltypen die Rhythmen verursachen. Die Studie spricht selbst von Kandidaten.
Einordnung: Was die Studie zeigt und was nicht
Die Ergebnisse passen zu einer weiteren Einzelkern-Studie an der Mausleber, in der Hepatozyten die stärksten und am weitesten verbreiteten Rhythmen zeigten. Zusammen sprechen die Arbeiten dafür, dass gewebeweite Mittelwerte ein unvollständiges Bild liefern.
Mehrere Einschränkungen sind zu beachten:
- Es handelt sich um Mäuse. Ob menschliche Leber- und Muskelzellen ähnliche Muster zeigen, ist nicht belegt.
- Genannt werden weibliche Tiere. Ob die Muster bei Männchen gleich ausfallen, geht aus den vorliegenden Angaben nicht hervor.
- Gemessen wurde die Genaktivität. Ob sich diese Rhythmen auf Proteine und Zellfunktion auswirken, zeigt die Studie nicht.
- Die Zuordnung von Stoffwechselwegen zu Zelltypen ist eine Assoziation, kein Nachweis von Ursache und Wirkung.
Warum die Forschenden von therapeutischen Zeitfenstern sprechen
Einige der identifizierten Kernrezeptoren lassen sich grundsätzlich durch Wirkstoffe beeinflussen. Die Autoren schließen daraus, dass sich daraus mögliche therapeutische Zeitfenster ergeben könnten, also Tageszeiten, zu denen ein Eingriff in bestimmten Zellen besser wirken könnte.
Dies ist bislang eine Hypothese. Die Studie hat keine Behandlung getestet, und aus ihr folgt keine Empfehlung für Einnahmezeiten von Medikamenten.
Eine Ressource für die weitere Forschung
Die Daten sollen laut Pressemitteilung über die Datenbank CircaMetDB frei zugänglich sein. Sie können anderen Gruppen dienen, zelltypspezifische zirkadiane Programme in Leber und Muskel zu untersuchen und die Kandidaten gezielt zu prüfen. Entscheidend wird sein, ob unabhängige Arbeiten die Befunde bestätigen und ob sie sich im menschlichen Gewebe wiederfinden.
Häufig gestellte Fragen (FAQs)
Was bedeutet zirkadian?
Der Begriff beschreibt Vorgänge, die in einem Rhythmus von etwa 24 Stunden ablaufen und von einer inneren Uhr gesteuert werden. Dazu gehört auch die tageszeitabhängige Aktivität von Genen.
Warum ist die Einzelkern-Sequenzierung hier wichtig?
Bei der Messung am ganzen Gewebe verschmelzen die Signale aller Zelltypen zu einem Mittelwert. Die Einzelkern-Sequenzierung trennt sie und zeigt, dass sich Rhythmen zwischen Zelltypen unterscheiden können.
Gelten die Ergebnisse auch für Menschen?
Das ist nicht belegt. Die Studie untersuchte Mäuse, und Befunde aus Tiermodellen müssen beim Menschen erst bestätigt werden.
Sollte man Medikamente nun zu bestimmten Tageszeiten einnehmen?
Aus dieser Studie ergibt sich keine solche Empfehlung. Die Autoren sprechen lediglich von möglichen therapeutischen Zeitfenstern, die noch nicht untersucht wurden. Fragen zur Einnahme gehören in die ärztliche oder apothekerliche Beratung.
Was ist CircaMetDB?
Laut Pressemitteilung ist es eine frei zugängliche Datenbank, die die Daten der Studie bereitstellt. Forschende können damit zelltypspezifische zirkadiane Genprogramme in Leber und Muskel untersuchen.
Dieser Beitrag beschäftigt sich mit einem medizinischen Thema, einem Gesundheitsthema oder einem oder mehreren Krankheitsbildern. Dieser Artikel dient nicht der Selbst-Diagnose und ersetzt auch keine Diagnose durch einen Arzt oder Facharzt. Bitte lesen und beachten Sie hier auch den Hinweis zu Gesundheitsthemen!
Quellen
Higher Education Press. (2026, 21. Oktober). Study shows circadian rhythms vary across different cell types. News-Medical. https://www.news-medical.net/news/20261021/Study-shows-circadian-rhythms-vary-across-different-cell-types.aspx
Li, M.-D., Li, C.-M., & Wang, Z. (2012). The role of circadian clocks in metabolic disease. Yale Journal of Biology and Medicine, 85(3), 387–401. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23012586/
McCarthy, J. J., Andrews, J. L., McDearmon, E. L., Campbell, K. S., Barber, B. K., Miller, B. H., Walker, J. R., Hogenesch, J. B., Takahashi, J. S., & Esser, K. A. (2007). Identification of the circadian transcriptome in adult mouse skeletal muscle. Physiological Genomics, 31(1), 86–95. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6080860
Miller, B. H., McDearmon, E. L., Panda, S., Hayes, K. R., Zhang, J., Andrews, J. L., Antoch, M. P., Walker, J. R., Esser, K. A., Hogenesch, J. B., & Takahashi, J. S. (2007). Circadian and CLOCK-controlled regulation of the mouse transcriptome and cell proliferation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 104(9), 3342–3347. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC1802006
Panda, S., Antoch, M. P., Miller, B. H., Su, A. I., Schook, A. B., Straume, M., Schultz, P. G., Kay, S. A., Takahashi, J. S., & Hogenesch, J. B. (2002). Coordinated transcription of key pathways in the mouse by the circadian clock. Cell, 109(3), 307–320.
Single-cell multiomic and spatiotemporal dissection of the liver circadian clock. (o. J.). https://doi.org/10.1093/gpbjnl/qzag050
Yang, S., et al. (2026). Single-nucleus atlas of circadian transcription in mouse liver and skeletal muscle. Life Metabolism. https://doi.org/10.1093/lifemeta/loag032
