Das circadiane Proteom

Erstmalig wurde untersucht, in welcher Weise die Proteinkonzentrationen in unserem Blut während eines 24-Stunden-Zeitraums fluktuieren und welche Wirkung ein gestörter circadianer Rhythmus auf diese Fluktuationen ausübt. Offenbar hat dies auf jeden Fall Folgen für den Blutzuckerspiegel, den Energiestoffwechsel und die Immunfunktion.

Ein verkehrter Schlaf-Wach-Rhythmus stört unsere Proteinbildung. Unter anderem wird die Bildung von Glucagon und dem Fibroblasten-Wachstumsfaktor 19 dysreguliert, was zu gesundheitlichen Störungen führen kann.

Studiendesign

Für diese Studie der University of Colorado Boulder verbrachten sechs gesunde junge Männer sechs Tage in einem Forschungszentrum. Mahlzeiten, Aktivität, Schlaf und die Exposition gegenüber (stets gedämpftem) Licht erfolgten unter kontrollierten Bedingungen. Die ersten beiden Tage verliefen im normalen Tag-Nacht-Rhythmus. Danach wurde der Ablauf schrittweise auf simulierte Nachtschichten umgestellt.

Alle vier Stunden wurde Blut abgenommen und auf 1129 Proteine hin untersucht. Davon wiesen 129 gestörte Muster auf.

Das bedeutet, dass bereits eine nur wenige Tage bestehende Störung der biologischen Uhr, die durch einen umgedrehten Schlaf- und Mahlzeitenrhythmus hervorgerufen wird, zu einer Dysregulation der Konzentrationen von über 100 Proteinen geführt hatte. Zusätzlich gab es 30 Proteine, die weiter der inneren circadianen Uhr folgten, ohne sich durch einen geänderten Schlaf- und Mahlzeitenrhythmus beeinflussen zu lassen.

Folgen für die Gesundheit

Am zweiten Tag des umgekehrten Schlaf-Wach-Rhythmus begannen Proteine, die normalerweise tagsüber ihren Maximalwert erreichen, nachts den Maximalwert zu erreichen und umgekehrt. Der Glucagonspiegel, der für die Regulierung des Blutzuckerspiegels wichtig ist, war gestört und sein Maximalwert verschob sich nach oben. Dies könnte möglicherweise mit dazu beitragen, dass Nachtschichtarbeiter häufiger an Diabetes erkranken.

Der Fibroblasten-Wachstumsfaktor 19, der im Tiermodell die Kalorienverbrennung und den Energieverbrauch stimuliert, ging zurück. Dies könnte erklären, warum die Probanden während der Störung des circadianen Rhythmus zehn Prozent weniger Kalorien verbrannten.

Jedoch wurde nicht der gesamte Tag-Nacht-Rhythmus des Proteoms gestört: 30 Proteine folgten unbeirrbar weiter der inneren Uhr. Gerade das könnte jedoch zu weiteren Störungen beitragen, da bestimmte Proteine plötzlich nicht mehr abwechselnd, sondern gleichzeitig freigesetzt werden. Mit anderen Worten: Proteine, die den Blutzuckerspiegel, den Energiestoffwechsel und die Immunfunktion regulieren, werden durch einen umgekehrten circadianen Rhythmus gestört – mit beträchtlichen unerwünschten Folgen.

In der Praxis

Diese Erkenntnisse könnten dazu beitragen, das Krankheitsrisiko bei Nachtschichtarbeitern zu reduzieren. Weiterhin könnten sie Ärzten eine Orientierungshilfe bieten, um den günstigsten Zeitpunkt für die Verabreichung von Medikamenten und Impfstoffen zu bestimmen. Das Timing für Behandlungen und diagnostische Tests könnte besser an die durch die circadiane Uhr regulierten Proteingehalte angepasst werden. So wären adäquatere Behandlungen und Testergebnisse möglich.

Literatur

• Depner CM, Melanson EL, McHill AW, Wright KP Jr. Mistimed food intake and sleep alters 24-hour time-of-day patterns of the human plasma proteome. PNAS June 5, 2018. 115 (23) E5390-E5399; published ahead of print May 21, 2018. 
• https://medicalxpress.com/news/2018-05-night-day-swiftly-key-blood.html
• http://naturafoundation.co.uk/?objectID=16309