Stoffwechselprozesse jeglicher Art sind eng mit unserer inneren Uhr verzahnt. Innerhalb des Uhrwerks ist Kohlenmonoxid für ein reibungsloses Ticken entscheidend. Wird dessen Produktion gestört, wirkt sich das auf andere Prozesse aus.
Chronobiologen der Charité Berlin konnten zeigen, dass der Kohlenmonoxid-Stoffwechsel des Körpers und die innere Uhr eng zusammenarbeiten. Kohlenmonoxid entsteht in lebenden Zellen als Abbauprodukt des roten Blutfarbstoffs. Seine Herstellung wird tageszeitabhängig von der inneren Uhr gesteuert, gleichzeitig reguliert Kohlenmonoxid selbst die Innere Uhr. 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 dem Metabolischem Syndrom, zum Beispiel bei einer durch Schichtarbeit gestörten innerer Uhr beobachten lässt. Die Wissenschaftler um Prof. Achim Kramer, Leiter des Arbeitsbereichs Chronobiologie am Institut für Medizinische Immunologie, 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. „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“, sagt Kramer. 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. Originalpublikation: Reciprocal regulation of carbon monoxide metabolism and the circadian clock Roman Klemz et al.; Nature Structural & Molecular Biology, doi: 10.1038/nsmb.3331; 2016