Muskelzellen verfügen über eine eigene innere Uhr, deren Störung durch Schichtarbeit laut neuen Forschungsergebnissen tiefgreifende Auswirkungen auf den Alterungsprozess haben kann. Eine  in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichte Studie liefert weitere Belege für die gesundheitsschädlichen Auswirkungen von Schichtarbeit.

Gestörte Muskeluhr bei Menschen, die Schichtarbeit leisten

Das Team des King’s College London hat herausgefunden, dass Muskelzellen über einen eigenen Zeitmessmechanismus verfügen, der den Proteinumsatz reguliert und so das Muskelwachstum und die Muskelfunktion steuert. Nachts aktiviert die Muskeluhr den Abbau defekter Proteine und regeneriert so die Muskeln, während der Körper ruht. Eine Veränderung dieser inneren Muskeluhr wurde mit dem altersbedingten Muskelabbau, der sogenannten Sarkopenie, in Verbindung gebracht. Dies bedeutet, dass eine Störung des circadianen Rhythmus, wie sie bei Schichtarbeit auftritt, den Alterungsprozess beschleunigt.

Die Wissenschaftler verwendeten für ihre Forschung Zebrafische, die häufig in biologischen Studien eingesetzt werden. Zebrafische haben bis zu 70% ihrer Gene mit dem Menschen gemeinsam, lassen sich im Labor leicht modifizieren und sind transparent, sodass ihre Muskeln unter dem Mikroskop gut beobachtet werden können. Der Hauptautor Jeffrey Kelu, wissenschaftlicher Mitarbeiter am King’s College London, sagte: „Um die Auswirkungen einer Störung des circadianen Rhythmus auf Muskelzellen zu untersuchen, haben wir die Funktion der Muskeluhr bei Zebrafischen durch Überexpression eines fehlerhaften Uhrproteins beeinträchtigt. Anschließend haben wir die Fische zwei Jahre lang beobachtet und mit gesunden Kontrolltieren verglichen.

Während in jüngeren Altersstufen – sechs Monate und ein Jahr – keine signifikanten Unterschiede in der Muskelgröße zu beobachten waren, zeigten Fische ohne funktionierende Muskeluhr im Alter von zwei Jahren deutliche Anzeichen vorzeitiger Alterung. Sie waren kürzer, wogen weniger, schwammen seltener und langsamer. Dies sind typische Merkmale von Sarkopenie und einer allgemeinen Abnahme der Mobilität, die auch bei Schichtarbeitern beobachtet wurde.“ Um den zugrunde liegenden Mechanismus zu verstehen, untersuchten die Forscher den Proteinumsatz, einen für den Erhalt der Muskelmasse wesentlichen Prozess, der mit zunehmendem Alter häufig beeinträchtigt ist. Sie zeigten, dass die Muskeluhr während der Nachtruhe den Abbau defekter Muskelproteine reguliert, die sich aufgrund der Nutzung im Laufe des Tages ansammeln.

Circadiane Biologie zur Entwicklung von Behandlungen zur Prävention von Muskelabbau bei Schichtarbeitern

Die Studie zeigte, dass diese „nächtliche Clearance“ für die Erhaltung der Muskelfunktion unerlässlich ist. Die Anhäufung defekter Proteine könnte also den beschleunigten Muskelabbau bei alten Fischen mit einer gestörten Muskeluhr und bei Schichtarbeitern verursachen. Dr. Kelu sagte: „In Großbritannien spielen etwa vier Millionen Schichtarbeiter eine wichtige Rolle, um Unternehmen und Rettungsdienste rund um die Uhr funktionsfähig zu halten. Unsere Studie liefert weitere Belege dafür, dass die Störung des Tagesrhythmus bei Schichtarbeitern mehrere Aspekte der Gesundheit beeinträchtigt. Das Verständnis, wie circadiane Störungen zur Sarkopenie beitragen, ist laut den Forschern für die Entwicklung von Strategien zur Verbesserung der Gesundheit und des Wohlbefindens von Schichtarbeitern von entscheidender Bedeutung.

Die Ergebnisse unterstreichen die Möglichkeit, circadiane Biologie zur Entwicklung von Behandlungen zur Vorbeugung von Muskelabbau bei Schichtarbeitern zu nutzen. Derzeit laufen präklinische Studien mit Medikamenten zur Modulation spezifischer Uhrproteine. Dies ebnet den Weg für zukünftige Therapien, die den Alterungsprozess bei Schichtarbeitern verbessern könnten. Mitautor Professor Simon Hughes, Experte für Entwicklungszellbiologie, fügte hinzu: „Diese Arbeit zeigt, wie die Untersuchung eines so komplexen Vorgangs wie des Muskelwachstums in einem einfachen System wie kleinen Fischlarven uns wirklich etwas lehren kann. Natürlich muss dann noch überprüft werden, ob dies auch beim Menschen zutrifft – aber zumindest zeigen uns die Fische, wo wir suchen müssen.“