Innere Uhr und der Kohlenmonoxid-Stoffwechsel arbeiten eng zusammen, damit der Körper je nach Tageszeit optimal auf Umwelteinflüsse wie Nahrung reagieren kann.
Der Kohlenmonoxid-Stoffwechsel des Körpers und die Innere Uhr arbeiten engzusammen, wie Chronobiologen der Charité – Universitätsmedizin Berlin jetzt zeigen konnten. Kohlenmonoxid ist nicht nur ein toxisches Gas in Autoabgasen oder Zigarettenrauch, es entsteht auch in lebenden Zellen als Abbauprodukt des roten Blutfarbstoffs. Seine Herstellung 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*.
Innere Uhr und Stoffwechsel-Prozesse sind eng miteinander verzahnt, damit der Körper je nach Tageszeit optimal auf Umwelteinflüsse, wie zum Beispiel Nahrung, reagieren kann. Dabei werden Stoffwechsel-Signale 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 Metabolischem 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 Stoffwechsels-Sensor in zahlreichen anderen Proteinen präsent ist.
„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 Prof. 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 Stoffwechsel-Prozesse, 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.
*Roman Klemz, Silke Reischl, Thomas Wallach, Nicole Witte, Karsten Jürchott, Sabrina Klemz, Veronika Lang, Stephan Lorenzen, Miriam Knauer, Steffi Heidenreich, Min Xu, Jürgen A Ripperger, Michael Schupp, Ralf Stanewsky & Achim Kramer. Reciprocal regulation of carbon monoxide metabolism and the circadian clock. Nature, Nov. 2016. doi: 10.1038/nsmb.3331