Eine Reise über mehrere Zeitzonen lässt die innere Uhr verrückt spielen. Sie kann sich dann nicht schnell genug auf die verschobenen Tage einstellen. Dabei gibt es nicht nur einen, sondern gleich zwei Mechanismen, die die Bio-Uhr mit dem Tagesrhythmus synchronisieren. Das hat ein internationales Forscherteam jetzt in einer neuen Studie an Mäusen herausgefunden.
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Einen Regelkreis haben Bio-Chronologen bereits vor Jahren entdeckt. Dieser klassische Mechanismus beruht darauf, wie bestimmte Gene in Proteine umgesetzt werden. In dem neuen Mechanismus arbeiten ausschließlich Proteine zusammen. Das Forscherteam um den Wissenschaftler Gregor Eichele vom Max- Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen hat jetzt festgestellt, dass ein spezielles Protein die innere zirkadische Uhr von Säugetieren entscheidend mitsteuert und zusätzlich regelt.
Taktgeber Licht
Jedes Säugetier stimmt seine innere Uhr mit dem Tagesrhythmus ab. Taktgeber ist das Tageslicht. Damit synchronisiert ein Säugetier, wie lange es ruht und wie lange es aktiv ist. Einige Gene und Proteine regeln diesen zirkadischen Rhythmus. Zentraler Schauplatz ihres Zusammenspiels ist der Suprachiasmatische Nucleus (SCN), ein Areal im Zwischenhirn, der verschiedene Körperfunktionen steuert.
Und hier spielt sich mehr ab, als Chronobiologen bislang dachten. „Uns interessiert besonders wie dieses innere Uhrwerk verstellt wird, zum Beispiel vom Licht“, sagt Eichele. Die Max-Planck-Wissenschaftler entdeckten dafür nun einen zweiten Mechanismus, als sie die innere Uhr von Mäusen untersuchten.
Bereits vor drei bis vier Jahren hatten Wissenschaftler vermutet, dass mehrere unabhängige Signalketten regeln, wie Licht den zirkadianen Rhythmus beeinflusst. Bislang hatten sie jedoch nur eine nachgewiesen. Diese klassische Variante dreht an der Bio-Uhr, indem ein bestimmter Regulationsfaktor die Herstellung der so genannten Period Proteine steuert. Das geschieht in zwei Schritten: der Transkription, in der DNA in RNA übersetzt wird, und der Translation, die aus RNA Proteine macht.
Eicheles Team hat in Mäusen nun einen Mechanismus entdeckt, der nach der Transkription und Translation ansetzt. Dabei spielt das Enzym Protein Kinase C Alpha (PKCA), das andere Proteine verändert, eine zentrale Rolle. Wenn die Netzhaut der Tiere Licht wahrnimmt, sendet sie einen Nervenimpuls an den SCN, die Schaltstelle der Bio-Uhr. Dort bindet sich PKCA dann vorübergehend an die Period Proteine. Auf diese Weise verlangsamt PKCA den Abbau dieses Proteins – und verschiebt so den Biorythmus. „Diese stabile Paarung ist erstaunlich. Das hatten wir so überhaupt nicht erwartet“, gesteht Eichele da die Enzyme sonst sehr kurzlebig sind.
Protein PKCA Stellrad in der inneren Uhr
Das haben er und seine Mitarbeiter herausgefunden, indem sie Mäuse untersuchten. In manchen Tieren hatten sie zuvor das Gen für PKCA ausgeschaltet, andere trugen ein unverändertes Erbgut. Nun schalteten die Wissenschaftler in den Käfigen der Tiere zwei Stunden nach Einbruch der Dunkelheit für knapp 15 Minuten das Licht ein. Das Licht signalisierte den nachtaktiven Tieren, dass es Tag ist und sie schlafen müssen. Sie verschoben darauf hin ihre aktive Phase nach hinten, und kletterten am nächsten Tag später in ihr Laufrad. Die Mäuse mit intaktem Erbmaterial konnten sich besser an den vermeintlichen neuen Tagesrythmus anpassen als solche ohne PKCA-Gen.
„Unsere Studie zeigt, dass das Protein PKCA ein wichtiges Stellrad in der inneren Uhr ist“, sagt Eichele. Wie genau Licht dafür sorgt, dass sich PCKA an Period Protein bindet, ist jedoch noch unklar. Chronobiologen müssen also noch ein paar Zahnräder des feinen Uhrwerks finden.
(idw – MPG, 12.06.2007 – DLO)
