Chemisches Taktgefühl

News: Chemisches Taktgefühl

Biologische Uhren geben im menschlichen Körper den Takt an, denn ihr chemisches Räderwerk eicht lebenswichtige Funktionen auf einen nahezu 24-stündigen-Rhythmus. Mitunter kommt es aber vor, dass unser innerer Schrittmacher nicht richtig tickt - etwa nach dem Überqueren mehrerer Zeitzonen. Fieberhaft fahnden Forscher deshalb nach den molekularen Stellschrauben, um unsere endogene Uhr neu justieren zu können. Nun identifizierten sie zwei Proteine, die zumindest Hamstern das richtige Taktgefühl verleihen.

Ulrike Knoll

Gerät ein elektronischer Zeitmesser aus dem Gleichtakt, so lassen sich seine Zeiger buchstäblich im Handumdrehen auf die exakte Uhrzeit umstellen. Weitaus schwieriger gestaltet es sich hingegen, jene geräuschlos tickende Uhr in unserem Körper neu zu justieren, wenn sie – beispielsweise nach einem Langstreckenflug – ihren Rhythmus verloren hat. Gewöhnlich arbeitet sie jedoch höchst präzise mit einer Periode von nahezu 24 Stunden und sorgt dafür, dass alles seine Zeit hat: Sie regelt nicht nur wichtige Funktionen unseres Organismus wie den Schlaf-Wach-Zyklus und die Körpertemperatur, sondern legt auch fest, wann wir bestimmte Dinge am effektivsten tun können.

Um jene internen Vorgänge und den äußeren Tagesablauf miteinander in Einklang zu bringen, agiert ein nur streichholzkopfgroßer Verband von Nervenzellen als eine Art Schrittmacher. In jeder Hirnhälfte liegt er direkt über der Kreuzung (Chiasma) der beiden Sehnerven und wird als suprachiasmatischer Nucleus (SCN) bezeichnet. Doch noch immer ist es größtenteils ein wohlgehütetes Geheimnis, welche chemischen Zahnrädchen – Gene und Proteine – wo und wie ineinandergreifen, um unsere biologische Uhr im Takt zu halten.

Nun versuchten Chuck Weitz und seine Kollegen von der Harvard Medical School einen Blick ins molekulare Stellwerk dieser Maschinerie zu werfen. Und tatsächlich gelang es ihnen bei Hamstern, den transformierenden Wachstumsfaktor TGF-alpha als einen Kontrolleur von circadianen Bewegungsmustern zu identifizieren. Doch dieses Protein kommt nicht ohne fremde Hilfe aus: Nur in Zusammenarbeit mit einem Mittelsmann – dem Rezeptor des epidermalen Wachstumsfaktors (EGF) – vermag es als Zeitgeber zu fungieren.

Auch die Fundstellen der beiden Moleküle deuten darauf hin: Während TGF-alpha gehäuft im SCN auftrat, wurde der EGF-Rezeptor in großem Maße im benachbarten Hypothalamus exprimiert. Und die Forschungsarbeit enthüllte weitere unerwartete Aspekte: Vermutlich reguliert das Protein-Duo neben den täglichen physikalischen Aktivitäten ebenso den Schlaf-Wach-Wechsel. Zudem schien die Andockstelle für TGF-alpha nicht nur Informationen von der Uhr selbst, sondern auch direkt von den Augen zu erhalten. Demnach sind äußere Einflüsse, insbesondere Licht, offenbar eng mit dem inneren Schrittmacher verzahnt.

Für die Richtigkeit der Ergebnisse spricht zudem, dass genetisch modifizierte Mäuse mit fehlerhaften Mengen des EGF-Rezeptors keine normalen Bewegungsmuster zeigen. "Es passt alles zusammen", betont Weitz. Basierend auf diesen Forschungsergebnissen eröffnen sich möglicherweise neue Behandlungsansätze für Menschen mit bestimmten Schlafstörungen. Und nicht zuletzt ließe sich eventuell auch das Syndrom des Jetlag schneller in den Griff kriegen.