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Stand: 23.01.2018 16:57:39

Abteilung Klinische Ernährung (KLE)

Projekt 1 : Zircadiane Rhythmik des Stoffwechsels

Olga Pivovarova, Katharina Keßler, Silke Hornemann, Natalia Rudovich

Stoffwechselvorgänge und -hormone unterliegen einer ausgeprägten tageszeitlichen Organisation, die dem Muster der Essrhythmen entspricht. Diese Rhythmen werden durch die sogenannten Clock- oder Uhrgene reguliert, die durch rhythmisch verknüpfte Zyklen von Stimulation und Hemmung ihre eigene Synthese „autonom“ steuern. Diese Uhrgene regulieren als Transkriptionsfaktoren Stoffwechselprozesse und werden selbst durch Licht und Nahrungsaufnahme gesteuert. Das Hauptziel unseres Projekts ist es, zu verstehen, wie die zirkadiane Uhr bei Menschen die Nahrungsaufnahme-bedingten Stoffwechselreaktionen beeinflusst und welche molekularen Mechanismen in diese Regulation involviert sind.

Wir haben diurnale (tageszyklische) Oszillationen von wichtigen Genen des Fett- und Energiestoffwechsels und von Genen, die an entzündlichen Prozessen beteiligt sind, in humanen Monozyten nachgewiesen. Des Weiteren haben wir gefunden, dass die Expression der Uhrgene in humanem subkutanem Fettgewebe von den Änderungen des Körpergewichts reguliert wird und mit der Expression der metabolischen und inflammatorischen Gene eng assoziiert ist. Auch isokalorische Änderungen der Kohlenhydrat- und Fettgehalte in der Nahrung beeinflussen beim Menschen die diurnalen Oszillationen der zentralen und peripheren Uhr.

In einer weiteren Humanstudie haben wir untersucht, ob verschiedene Mahlzeitenkompositionen in Abhängigkeit von den Verzehrszeiten physiologische Effekte zeigen. Hierzu erhielten 29 nicht-adipöse, nicht-diabetische Männer jeweils eine isokalorische kohlenhydratreiche Mahlzeit morgens (65 EN% Kohlenhydrate, 20 EN% Fett, 15 EN% Protein) und eine fettreiche Mahlzeit abends (35 EN% Kohlenhydrate, 50 EN% Fett, 15 EN% Protein) oder sie konsumierten die verschiedenen Mahlzeitenkompositionen in umgekehrter Reihenfolge. Nach vier Wochen der Diätintervention untersuchten wir den Stoffwechsel der Studienteilnehmer und führten drei Mal täglich (morgens, mittags und abends) Biopsien am subkutanen Fettgewebe durch. Interessanterweise zeigten die unterschiedlichen Tagesmuster der Mahlzeitenkomposition nur einen mäßigen Einfluss auf den humanen Stoffwechsel, führten aber zu großen Änderungen der zirkadianen Rhythmen der Expression metabolischer Gene im Fettgewebe. Wie wir zudem beobachteten, waren die Spiegel der Blutlipide, die Substratoxidation sowie die Hormonsekretion nach den Mahlzeiten stark von der Tageszeit abhängig.

Zusammenfassend zeigen unsere Daten, dass die Tageszeit, zu der die Probanden die Mahlzeiten verzehren, sowie die Zusammensetzung der Mahlzeiten zumindest tagsüber die zirkadianen Rhythmen des Metabolismus verändern und somit die metabolische Antwort auf die Nahrungsaufnahme beeinflussen können.

© 2018 DIfE - Deutsches Institut für Ernährungsforschung. Alle Rechte vorbehalten. // Stand 20.07.2017