Kohlenmonoxid ist ein hochgiftiges Gas, das in Autogasen und im Zigarettenrauch vorkommt. Erstaunlich: Unser Körper braucht dieses Gift unbedingt, um unsere Innere Uhr zu steuern und stellt Kohlenmonoxid deshalb selbst her. Geht dabei etwas schief, kann das zum Beispiel den Zuckerstoffwechsel stören.
Chronobiologen der Charité-Universitätsmedizin Berlin konnten zeigen, dass der Kohlenmonoxid-Stoffwechsel des Körpers und die Innere Uhr eng zusammenarbeiten. Kohlenmonoxid ist nicht nur ein toxisches (giftiges) Gas in Autoabgasen oder Zigarettenrauch, es entsteht auch in lebenden Zellen als Abbauprodukt des roten Blutfarbstoffs.
Die Herstellung von Kohlenmonoxid wird tageszeitabhängig von der Inneren Uhr gesteuert, gleichzeitig reguliert Kohlenmonoxid selbst die Innere Uhr. Das enge Zusammenspiel dieser Regulationssysteme beschreiben die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Structural & Molecular Biology*.
Das Wort Chronobiologie leitet sich ab von chronos (griechisch für „Zeit“). In der Chronobiologie wird untersucht, wie Prozesse im Körper zeitlich organisiert sind. Oft sind diese Prozesse in biologische Rhythmen eingebunden.
Erforscht wird in der Chronobiologie auch die Innere Uhr/biologische Uhr (bestimmt z. B. den Tagesrhythmus). Durch Zeitgeber von außen wird die Innere Uhr an Veränderungen angepasst – ein Zeitgeber ist beispielsweise das Licht, ein anderer die Temperatur. Ein unregelmäßiger Tagesablauf (z. B. durch Schichtarbeit) kann die Innere Uhr aus dem Takt bringen.
Ist ein Mechanismus gestört, funktionieren auch andere nicht richtig …
Innere Uhr und Stoffwechselprozesse sind eng miteinander verzahnt, damit der Körper je nach Tageszeit optimal auf Umwelteinflüsse, wie zum Beispiel Nahrung, reagieren kann. Dabei werden Stoffwechselsignale vom molekularen Uhrwerk wahrgenommen und der Zellstoffwechsel in der Folge angepasst. Sobald einer dieser Mechanismen gestört ist, funktioniert auch der andere nicht richtig, wie sich an Diabetes oder am Metabolischen Syndrom bei zum Beispiel durch Schichtarbeit gestörter Innerer Uhr beobachten lässt.
Die Wissenschaftler um Prof. Dr. Achim Kramer, Leiter des Arbeitsbereichs Chronobiologie am Institut für Medizinische Immunologie der Charité, haben nun untersucht, welche Rolle der Stoffwechsel von Häm, einem eisenhaltigen Farbstoff der roten Blutkörperchen, für das Funktionieren der Inneren Uhr spielt. Es handelt sich dabei um eine komplexe Verbindung, die als Stoffwechselsensor in zahlreichen anderen Proteinen präsent ist.
Wichtig für die Innere Uhr: das hochgiftige Kohlenmonoxid
„Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Abbauprodukt von Häm, das Kohlenmonoxid – eigentlich ein hochtoxisches Gas – für ein reibungsloses Ticken der Inneren Uhr essentiell ist“, erklärt Professor Kramer. „Stört man dessen Produktion in Leberzellen, zum Beispiel durch pharmakologische Hemmung oder durch genetisches Ausschalten des verantwortlichen Enzyms Hämoxygenase, ist der molekulare Mechanismus der Inneren Uhr gestört und sie geht langsamer“, so der Wissenschaftler weiter.
Störungen dieser Art führen zu einer massiven Fehlregulation von Hunderten von Genen, die unter anderem auch für essentielle Stoffwechselprozesse, wie die Neusynthese von Glukose, verantwortlich sind. Die aktuellen Erkenntnisse tragen zu einem weiteren Verständnis der Zusammenhänge von Stoffwechselerkrankungen und dem Wirken der Inneren Uhr bei. Mit der Aufklärung der molekularen Grundlagen der Inneren Uhr könnten sich zudem gezieltere Therapien entwickeln lassen.
Quelle: Charité – Universitätsmedizin Berlin/Institut für Medizinische Immunologie
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