Innere Uhr im Gleichtakt

News: Innere Uhr im Gleichtakt

Nicht nur am Handgelenk tickt es, sondern auch in unseren Gehirnen. Gemeint ist unsere innere Uhr, die uns mit schöner Regelmäßigkeit auf einen 24-Stunden-Tag eicht. Die beteiligten Gene und Proteine, die unser Gehirn wie bei Ebbe und Flut überschwemmen und wieder verschwinden, sind bereits bekannt. Doch wie arbeiten die taktgebenden Nervenzellen zusammen, um ihre inneren Uhren aufeinander abzustimmen? Sie tauschen Informationen aus und synchronisieren sich auf eine gemeinsame Taktfrequenz.

Dagmar Knopf

Bei Taufliegen konnten Wissenschaftler schon recht gut einen Blick auf das molekulare Räderwerk ihrer inneren Uhr werfen. An dem komplizierten Vorgang sind mindestens vier verschiedene Proteine mit den schönen Namen CLOCK, CYCLE, TIMELESS und PERIOD beteiligt. Während tagsüber Proteinkomplexe aus CLOCK und CYCLE aktiv sind, zerfallen sie nachts und überlassen den beiden anderen die Vormachtstellung. Die rhythmisch an- und abschwellende Konzentration dieser Proteine im suprachiasmatischen Nucleus (SCN) steuert das Ablesen anderer Gene. Die circadiane Uhr ist gestellt.

Nun gelang Wissenschaftlern der Northwestern University ein erster Blick hinter die Kulisse. Hierzu züchteten sie Mäuse, bei denen einerseits Nervenzellen mit normaler 24-Stunden-Rhythmik tickten, aber auch Neurone im verlängertem 27- bis 29-Stunden-Takt. Die Chimären gewannen Joseph S. Takahashi und Sharon Low-Zeddies durch eine in der Genetik häufig angewandte Standardtechnik: Sie kombinierten Embryonen normaler und mutierter Mäuse im Achtzellstadium miteinander, wobei sich die Embryonen spontan zu einem einzigen zusammenfinden können und dann einer Leihmutter-Maus implantiert werden. Ein erfolgreiches Verschmelzen der Erbanlagen wiesen die Forscher anhand eines Farbstoffes und der gemischten Fellpigmentierung nach, da normale Mäuse Albinos waren, die Mutanten hingegen pigmentiert.

Die kleinen Nager rannten nun je nach circadianer Uhr unterschiedlich lange in ihren Käfigen umher. Doch obwohl alle nur erdenklichen Mischformen unter den Mäusen vertreten waren, ließen sich drei Gruppen auftrennen: Jeweils ein Drittel der Nachkommen schien sich wie normale Mäuse zu verhalten, während ein weiteres Drittel nur die verlängerte innere Uhr geerbt zu haben schien. Die restlichen Tiere lagen in der Mitte, sie waren 25 Stunden aktiv. Die unterschiedlich ausgestatteten Nervenzellen im suprachiasmatischen Nucleus – einige arbeiten in 24-Stunden-Schichten, andere im 27- bis 29-Stunden-Takt – mussten sich also auf eine Schlagfrequenz geeinigt haben. "Diese Ergebnisse beweisen, dass sich in diesen Mäusen Zell-Zell-Interaktionen und Integration der Zeitperioden ereignet haben müssen", kommentierte Takahashi.

Doch wer kann schon 25 Stunden am Tag fit und aktiv sein. Und so hat die verlängerte innere Rhythmik ihren Preis. Die 25-Stunden-Mäuse kompensierten den langen Tag durch weniger Aktivität – ausgleichende Gerechtigkeit für die lange auf Trab gehaltenen Nager.