Berliner Wissenschaftler haben einen neuen Taktgeber der inneren Uhr entdeckt. Danach spielt das Gen Casein-Kinase 2 eine entscheidende Rolle bei der Regulation des Wach- und Schlafrhythmus. Die Forscher berichten über die Ergebnisse ihrer neuen Studie in der Fachzeitschrift „Genes & Development“.
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Welcher Mechanismus sorgt dafür, dass wir abends müde ins Bett gehen und morgens erholt aufwachen? Das Team um Professor Achim Kramer vom Institut für Medizinische Immunologie der Charité – Universitätsmedizin Berlin sucht im menschlichen Gencode nach jenen Rädchen, die unseren eingebauten Taktgeber in Schwung halten.
Forscher legen Gene still
Die innere Uhr des Menschen liegt im Gehirn und orientiert sich über den Sehnerv am Einfall des Sonnenlichts. Aber auch unsere Gene beeinflussen den Tag-Nacht-Rhythmus. Bislang waren rund ein Dutzend Uhr-Gene bekannt, doch nun entdeckten die Forscher den Regulator Casein-Kinase 2. Dieses Gen, kurz CK2 genannt, kontrolliert die Aktivität einer bereits bekannten Schlüsselkomponente des natürlichen Uhrwerks, des so genannte „Period 2“.
„Period 2 bestimmt, in welcher Phase eines Tages bestimmte biologische Prozesse ablaufen und macht uns somit zum Morgenmenschen oder Nachtschwärmer“, sagt Kramer.
Bei der Suche nach den regulierenden Genen konzentrierten sich die Forscher zunächst auf jene Klasse von Genen, die für die Stabilität von Proteinen verantwortlich ist. Zur Untersuchung legten sie gezielt einzelne Gene in den Zellen still. Spielt das betroffene Gen eine Rolle, lassen sich direkt Auswirkungen auf den Takt beobachten.
Leuchtkäfer-Enzym eingepflanzt
Um die Veränderungen genau messen zu können, pflanzten die Forscher den Zellen zuvor ein Enzym aus dem Leuchtkäfer Photinus pyralis ein. Dieses Enzym übersetzt die Aktivität der Gene in Helligkeit. Wie bei einem Pendel wechseln sich bei einem Taktzyklus Leucht- und Dunkelphasen ab. An der Intensität und Häufigkeit des Pendelschlags lässt sich die Aktivität der Uhr-Gene messen.
Das neu entdeckte Gen CK2 – ein alter Bekannter in anderen wichtigen Zellfunktionen, wie der Zellteilung und der Reparatur von DNA – fiel dabei besonders auf. Seine Ausschaltung verlängerte die Tagesdauer in den Zellen um rund zwei Stunden. Wurde es besonders aktiviert, beschleunigte sich die innere Uhr, so dass ein Tageszyklus nur noch 23 Stunden dauerte.
Inwieweit diese Ergebnisse für Patienten mit einer Störung der inneren Uhr – etwa durch Jetlag oder Schichtarbeit – von Bedeutung sind, bleibt abzuwarten. Indes gibt Kramer bereits die nächsten Ziele vor: „Unsere auf das gesamte Erbmaterial ausgeweitete Suche nach unentdeckten Rädchen im molekularen Uhrwerk läuft bereits auf Hochtouren.“
(idw – Charité-Universitätsmedizin Berlin, 17.03.2009 – DLO)
