Wissenschaftler haben ein lichtempfindliches Modul in einem Gen identifziert, das eine Schlüsselrolle für die Regulation der inneren Uhr spielt. Das in einem Uhrengen sitzende Molekül ermöglicht es Wirbeltieren, ihre inneren 24-Stunden-Uhren an den Wechsel von Tag und Nacht anzupassen. Die Ergebnisse sind in der Open-Access-Zeitschrift „PLoS Biology“publiziert.
Fast alle Lebewesen, vom Einzeller bis zum Säugetier, verfügen über innere Uhren, die wichtige biologische Prozesse rhythmisch steuern. Diese Rhythmen sind genetisch festgelegt, können aber von äußeren Faktoren beeinflusst werden. So nutzen die meisten Tierarten Licht als Signal, um ihre
circadianen, das heißt etwa 24-stündigen Rhythmen, an den Tag-Nacht-Wechsel ihrer Umwelt anzupassen. Wie genau dies vonstatten geht, haben Wissenschaftler um Professor Nicholas S. Foulkes vom Institut für Toxikologie und Genetik des KIT nun untersucht.
Um die circadianen Uhren bei Wirbeltieren zu untersuchen, greift Foulkes auf den Zebrafisch als Modellorganismus zurück. Für die Untersuchung wurden Gewebezellen des Zebrafisches regelmäßig dem Licht ausgesetzt. Das führt dazu, dass die Zellen ihre inneren Uhren synchronisieren und schließlich alle im selben Takt schlagen. Licht führt in den meisten Zelltypen des Zebrafischs die Expression einer Reihe von Genen herbei; unter ihnen sind bestimmte Uhrengene.
Um den Schlüsselvorgang aufzuklären, der Licht und Genexpression verbindet, konzentrierten sich die Forscher um Foulkes auf das Uhrengen „period2″des Zebrafischs. Innerhalb des genetischen Regulationsbereichs, des so genannten Promoters, identifizierten die Wissenschaftler ein lichtempfindliches Modul (LRM), das allein für die lichtgesteuerte Genexpression erforderlich ist.
Interessanterweise ist dieses Modul auch in den period2-Genen weiterer Wirbeltiere, die nur sehr begrenzt über lichtempfindliche Gewebe verfügen, in hohem Maße erhalten. Überdies kann das menschliche LRM das Zebrafisch-LRM ersetzen und dessen Funktion übernehmen.
Das LRM enthält Verstärkersequenzen, so genannte Enhancer, die für seine Funktion wesentlich sind. Einer dieser Verstärker ist Ziel der Uhreneinstellung; ein anderer regelt die lichtgesteuerte Gen- expression. Die Erkenntnisse der Forscher erweitern das Verständnis der lichtgesteuerten Synchronisation innerer Uhren sowie der Entwicklung der lichtgesteuerten Expression von Uhrengenen in Wirbeltieren.
(Karlsruher Institut für Technologie, 21.01.2010 – NPO)
