Satchin Panda - Der Zirkadian-Code

Jedes Gen in unserem Genom hat einen zirkadianen Zyklus, wobei die einzelnen Gene unterschiedliche Zyklen haben und teilweise nur ein Organ betreffen. Das bedeutet, dass es in unserem Genom für jedes Gewebe einen verborgenen Zeitcode gibt. Obwohl jede einzelne Zelle unseres Körpers das gesamte Erbgut enthält, haben wir im Jahr 2002 bei unseren Untersuchungen herausgefunden, dass bis zu 20 Prozent der Gene zu verschiedenen Zeiten ein- oder ausgeschaltet werden können. Der Körper kann schließlich nicht alle biologischen Funktionen gleichzeitig ausführen. Noch interessanter ist, dass die 20 Prozent Gene, die für eine bestimmte Zeit im Gehirn ausgeschaltet werden, nicht die gleichen sind, die in der Leber, dem Herzen oder den Muskeln ausgeschaltet werden. Genaue Kenntnisse über die Aktivität der Gene und ihren Zeitcode machen deutlich, wie der zirkadiane Rhythmus die Zellfunktion optimiert.

Schauen wir uns also einmal an, welche Zellaktivitäten in zyklischer Weise erfolgen:

•Die Nährstoff- oder Energie-Bahnen – die Hunger- und Sättigungsbahnen der Zelle – sind zirkadian. Genau wie unser gesamter Körper hungrig ist, wenn die sofort verfügbare Energie zur Neige geht, und gesättigt, nachdem wir gegessen haben (und er nachts nicht allzu hungrig ist), verfügt auch jede Zelle in jedem Organ über einen Mechanismus, der am Tag die Tür öffnet und Nährstoffe einfließen lässt. Wenn genügend Energie aufgenommen wurde, schließt die Zelle die Tür, um eine Übersättigung zu vermeiden.

•Der Energiestoffwechsel ist zirkadian. Er beeinflusst die Zellfunktion und die Verstoffwechselung aller wichtigen Nährstoffe. Die Nutzung und Einlagerung von Kohlenhydraten, Fett oder Protein ist kein ständig ablaufender Prozess. Wenn Zucker aus dem Blut aufgenommen und zur späteren Verwendung in Fett oder Glykogen umgewandelt wird, wird gleichzeitig die Fettabbau-Funktion des Körpers stillgelegt. Erst wenn der Zucker verbraucht ist, wird der Fettabbau fortgesetzt.

•Die Wartungsmechanismen der Zelle sind zirkadian. Jede chemische Reaktion, speziell bei der Energieerzeugung der Zelle, erzeugt Abfälle in Form von reaktiven Sauerstoffspezies (auch Sauerstoffradikale genannt). Das ist vergleichbar mit Küchenfett oder Öldünsten, die aus einer heißen Pfanne aufsteigen. In der Küche reagieren wir, indem wir die Dunstabzugshaube einschalten und eine Schürze anziehen. In ganz ähnlicher Weise besitzen auch unsere Zellen einen Mechanismus, der zu bestimmten Zeiten aufräumt und sauber macht. Das schließt auch eine Entgiftung mit ein.

•Zellreparatur und Zellteilung verlaufen zirkadian. Unser Körper wird jeden Tag repariert und verjüngt. Genau wie die Rohrleitungen in unserem Haus veralten und nach einer Weile undicht werden, besitzen wir Hunderte von Kilometern an Blutgefäßen, die auf Dichtigkeit geprüft und repariert werden müssen. Auch unsere Darmschleimhaut und unsere Haut müssen täglich repariert werden, um zu verhindern, dass Bakterien, Chemikalien und Schadstoffe in unseren Körper eindringen. In jedem Organ sterben viele Zellen und müssen ersetzt werden. Das betrifft auch unsere Blutkörperchen. Diese Reparaturarbeiten in Form der Bildung von Ersatzzellen passieren nicht irgendwann, sondern zu einer speziellen Tageszeit, nämlich nachts, wenn wir schlafen.

•Die Zellkommunikation ist zirkadian. Unsere Organe müssen miteinander kommunizieren und dies geschieht in einem bestimmten Rhythmus. Wenn wir beispielsweise satt sind, wird im Fettgewebe des Körpers das Hormon Leptin produziert, das Signale ans Gehirn sendet und uns davon abhält, noch mehr zu essen. Während des Essens regen Hormone aus dem Darm die Bauchspeicheldrüse an, Insulin zu produzieren, sodass die Glukose aus der Nahrung von Leber und Muskeln aufgenommen werden kann. Dieser Austausch ist zu bestimmten Tageszeiten stärker, zu anderen schwächer.

•Die Zellsekretion ist zirkadian. Jede Zelle produziert etwas Wertvolles für Nachbarzellen oder den gesamten Körper. Folglich produziert jedes Organ etwas, das in den Blutkreislauf transportiert wird oder an ein Nachbarorgan. Die Produktion und Abgabe dieser Moleküle ist zirkadian. So stellt die Leber beispielsweise verschiedene Arten von Molekülen her, die zur Bildung von Blutgerinnseln erforderlich sind. Da die Blutgerinnungsfaktoren zirkadian sind, können wir bei sorgfältigem Messen der Blutungs- oder Verkrustungszeit einen zirkadianen Rhythmus feststellen. So kann man beispielsweise optimale Zeiten für Operationen festlegen und die Heilung beschleunigen. Unsere Schleimhäute in Nase, Darm und Lunge produzieren Schmierstoffe und diese Produktion folgt ebenfalls einem bestimmten inneren Rhythmus.

•Nahezu jeder Wirkort eines Medikaments unterliegt zirkadianen Rhythmen. Das ist eine der wichtigsten Erkenntnisse zirkadianer Forschung, speziell für Menschen, die unter chronischen Krankheiten oder Krebs leiden. Wie wir wissen, schalten sich Tausende von Genen in einem Organ zu bestimmten Zeiten ein und aus. Nehmen wir einmal an, wir könnten das Gen ansteuern, das ein Protein zur Cholesterinproduktion in der Leber herstellt. Dieses Protein folgt einem täglichen Rhythmus, indem es mehr Cholesterin am Morgen produziert und weniger am Abend. Wollten wir die Cholesterinproduktion in der Leber senken, wäre es dann nicht am besten, wenn unser Medikament das cholesterinproduzierende Protein genau dann blockieren würde, wenn es am aktivsten ist?

Auch wenn schon länger klar war, dass Zellen untereinander kommunizieren, fragten wir uns doch, ob unsere inneren Uhren zusätzlich von Organ zu Organ miteinander in Kontakt standen. Forscher fanden einen kleinen Zellhaufen, der als Hauptuhr beziehungsweise Taktgeber dient, genau wie die Atomuhren die Taktgeber für alle anderen Uhren in der Welt sind. Diese Zellen, die gemeinsam als suprachiasmatischer Nucleus oder kurz SCN bezeichnet werden, sitzen am Hypothalamus, dem Zentrum der Hirnbasis, wo sich die Steuerzentren für Hunger, Sättigung, Schlaf, Stressreaktion, Flüssigkeitshaushalt und so weiter befinden. Die 20 000 Zellen, aus denen der SCN besteht, sind unmittelbar verbunden mit der Hypophyse, die Wachstumshormone produziert; mit den Nebennieren, die Stresshormone abgeben; mit der Schilddrüse, die Schilddrüsenhormone abgibt und mit den Keimzellen, die Fortpflanzungshormone produzieren. Der SCN ist außerdem indirekt mit der Zirbeldrüse verbunden, die das Schlafhormon Melatonin herstellt. 3

Die Funktion des SCN ist so entscheidend für den täglichen Rhythmus, das bei seiner chirurgischen Entfernung, wie dies im Rahmen eines Experiments an Nagetieren durchgeführt wurde, die Tiere all ihre Rhythmen verlieren. Tatsächlich verlieren Patienten im Endstadium der Alzheimer-Krankheit, sofern der SCN ebenfalls degeneriert, jedes Zeitgefühl. Die Zeiten am Tag oder bei Nacht, wenn sie zu Bett gehen, Hunger verspüren oder Stuhlgang haben, sind völlig beliebig.

Der SCN ist die Verbindung zwischen Licht und Zeitabläufen, da er aus der Außenwelt Informationen über Licht bezieht und diese an den Rest des Körpers weitergibt. Die Melanopsin-Zellen der Netzhaut stehen in direkter Verbindung zum SCN, weshalb unsere Hauptuhr sehr empfindlich auf blaues Licht reagiert. Wenn der SCN durch blaues Licht wieder in den Takt gebracht wird, wirkt sich dies auch auf alle anderen Uhren im Hypothalamus aus: Hypophyse, Nebennieren, Zirbeldrüse usw. Die anderen Uhren im Körper, beispielsweise die Uhren von Leber und Darm, erschaffen ihre zirkadianen Rhythmen aus einer Kombination der Informationen des SCN und der Nahrung, die wir zu uns nehmen. Der Taktgeber im SCN ist verbunden mit dem Hungerzentrum im Gehirn, sodass genau genommen der SCN dem Gehirn mitteilt, wann wir hungrig sind und wann nicht. Auf diese Weise bestimmt der SCN, wann wir essen sollen, was indirekt dann wieder die Uhren von Leber, Darm, Herz und so weiter stellt.