News: Streng nach Zeitplan
Von wegen frei! Der Mensch gehorcht einem strengen Zeitplan: Eine innere Uhr gibt die Zeiten für Aktivität und Ruhe vor. Sogar die Vorgänge in den einzelnen Zellen gehorchen diesem Zeitdiktat: Der biologische Taktgeber steuert die Gene der Zellteilungsmaschinerie und entscheidet so, wann die Zelle sich teilen darf.
Egal, ob wir hektisch vom einen Termin zum nächsten hetzen oder ob wir uns ruhig der Muße hingeben – den Lebensrhythmus bestimmt ein innerer Zeitgeber. Diese circadiane Uhr folgt stur einem 24-Stunden-Rhythmus und steuert zahlreiche Lebensfunktionen: Sie lässt morgens früh den Blutdruck steil ansteigen, steigert am frühen Vormittag die Aufmerksamkeit, verbessert am frühen Nachmittag die Koordination und wenige Stunden später die Muskelkraft und lässt uns abends müde ins Bett sinken.
Diese streng vorgegebene Tagesrhythmik kann sich manchmal sogar auf die Effektivität von Medikamenten auswirken: So helfen manche Krebsmedikamente, welche die hemmungslose Vermehrung der Krebszellen stoppen sollen, offenbar in Abhängigkeit von der Tageszeit unterschiedlich gut. In solchen Fällen kann nun möglicherweise die Behandlungsstrategie verbessert werden, denn ein japanisches Forscherteam entdeckte einen neuen Zusammenhang zwischen circadianer Uhr und Zellteilung.
Denn einige Zelltypen, die sich permanent teilen, wie beispielsweise die Mundschleimhaut, Knochenmarks- oder Hautzellen, folgen einer Tagesrhythmik. Wie die innere Uhr diese Prozesse steuert, war bisher unbekannt. Hitoshi Okamura und seine Kollegen von der Kobe University Graduate School of Medicine entschlüsselten nun den zugrunde liegenden Mechanismus, indem sie gleichzeitig den Zellzyklus und die Genaktivität analysierten.
Dazu entnahmen sie Mäusen zu zwei verschiedenen Zeitpunkten in einem 24-Stunden-Zyklus zwei Drittel der Leber: Einmal zu Beginn der zwölfstündigen Helligkeitsphase, der dann zwölf Stunden Dunkelheit folgten, und ein anderes Mal, nachdem die Tiere bereits acht Stunden im Licht verbracht hatten. Anschließend beobachteten die Wissenschaftler, wann die Leberzellen begannen, sich zu teilen, um das Organ zu regenerieren.
Bei den zu Beginn der Lichtphase operierten Nagern passierte dies rund acht Stunden später als bei der anderen Mausgruppe. Auch das Enzym Cdc2, das den Zellteilungsprozess in Gang setzt, aktivierten die Tiere um den gleichen Zeitraum verzögert. Damit war eindeutig, dass der Tagesrhythmus die Zellteilung beeinflusst. Zudem wurde entsprechend dem Aktivitätsverlauf von Cdc2 das Gen wee1, welches Cdc2 in inaktivem Zustand hält, genau dann abgeschaltet, wenn dieses Enzym seine Arbeit begann. wee1 spielt also eine Rolle bei der Steuerung der Zellteilung.
Doch wo steckt die Kontaktstelle zwischen circadianer Uhr und Zellteilung? Die Forscher fanden bei wee1 Bereiche, an denen wichtige Proteine der circadianen Uhr angreifen: Der Proteinkomplex CLOCK/BMAL1 knipst den Ablesevorgang des Gens an, PER- und CRY-Proteine hingegen stellen ihn wieder ab, wie die Wissenschaftler in Zellversuchen zeigten. Demnach waren diese Komponenten der circadianen Uhr dafür verantwortlich, dass die Mäuse, die beim Anschalten des Lichts operiert wurden, der anderen Mäusegruppe bei der Regeneration der Leber hinterherhinkten.
Diese streng vorgegebene Tagesrhythmik kann sich manchmal sogar auf die Effektivität von Medikamenten auswirken: So helfen manche Krebsmedikamente, welche die hemmungslose Vermehrung der Krebszellen stoppen sollen, offenbar in Abhängigkeit von der Tageszeit unterschiedlich gut. In solchen Fällen kann nun möglicherweise die Behandlungsstrategie verbessert werden, denn ein japanisches Forscherteam entdeckte einen neuen Zusammenhang zwischen circadianer Uhr und Zellteilung.
Denn einige Zelltypen, die sich permanent teilen, wie beispielsweise die Mundschleimhaut, Knochenmarks- oder Hautzellen, folgen einer Tagesrhythmik. Wie die innere Uhr diese Prozesse steuert, war bisher unbekannt. Hitoshi Okamura und seine Kollegen von der Kobe University Graduate School of Medicine entschlüsselten nun den zugrunde liegenden Mechanismus, indem sie gleichzeitig den Zellzyklus und die Genaktivität analysierten.
Dazu entnahmen sie Mäusen zu zwei verschiedenen Zeitpunkten in einem 24-Stunden-Zyklus zwei Drittel der Leber: Einmal zu Beginn der zwölfstündigen Helligkeitsphase, der dann zwölf Stunden Dunkelheit folgten, und ein anderes Mal, nachdem die Tiere bereits acht Stunden im Licht verbracht hatten. Anschließend beobachteten die Wissenschaftler, wann die Leberzellen begannen, sich zu teilen, um das Organ zu regenerieren.
Bei den zu Beginn der Lichtphase operierten Nagern passierte dies rund acht Stunden später als bei der anderen Mausgruppe. Auch das Enzym Cdc2, das den Zellteilungsprozess in Gang setzt, aktivierten die Tiere um den gleichen Zeitraum verzögert. Damit war eindeutig, dass der Tagesrhythmus die Zellteilung beeinflusst. Zudem wurde entsprechend dem Aktivitätsverlauf von Cdc2 das Gen wee1, welches Cdc2 in inaktivem Zustand hält, genau dann abgeschaltet, wenn dieses Enzym seine Arbeit begann. wee1 spielt also eine Rolle bei der Steuerung der Zellteilung.
Doch wo steckt die Kontaktstelle zwischen circadianer Uhr und Zellteilung? Die Forscher fanden bei wee1 Bereiche, an denen wichtige Proteine der circadianen Uhr angreifen: Der Proteinkomplex CLOCK/BMAL1 knipst den Ablesevorgang des Gens an, PER- und CRY-Proteine hingegen stellen ihn wieder ab, wie die Wissenschaftler in Zellversuchen zeigten. Demnach waren diese Komponenten der circadianen Uhr dafür verantwortlich, dass die Mäuse, die beim Anschalten des Lichts operiert wurden, der anderen Mäusegruppe bei der Regeneration der Leber hinterherhinkten.
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