Der Sensor für die Tageszeit

News: Der Sensor für die Tageszeit

Ob wir müde werden oder uns noch topfit fühlen, bestimmt die natürliche innere Uhr. Damit wir synchron zum Tag-Nachtwechsel aktiv bleiben, wird dieser biologische Zeitmesser anhand der Umgebungshelligkeit eingestellt. Die Rezeptoren für das Licht sind allerdings nicht nur im Auge zu finden, sondern über den ganzen Körper in der Haut verteilt. Anscheinend nutzen Säugetiere für diese Aufgabe ein besonderes Pigment, anstatt auf die bekannten Moleküle für den Sehvorgang zurückzugreifen.

Jeder von uns hat seinen eigenen Zyklus, folgt seiner persönlichen inneren Uhr, die eine Fülle von Körperfunktionen steuert, angefangen vom Blutdruck bis hin zur intellektuellen Leistungsfähigkeit und der Schmerzempfindlichkeit. Synchronisiert wird der circadiane ("ungefähr Tages-")Rhythmus, indem helles Licht die Uhr morgens auf Tagesanfang stellt. Früher nahmen die Wissenschaftler an, die Zapfen und Stäbchen im Auge – also jene Zellen, die für das Sehvermögen verantwortlich sind – seien die entscheidenden Rezeptoren für das Licht. Doch im Mai 1998 meldeten Wissenschaftler der University of North Carolina Medical School in Chapel Hill, daß in ihren Experimenten an blinden Mäusen andere photosensitive Pigmente, nämlich sogenannte Cryptochrome, diese wichtige Aufgabe wahrnahmen.

"Weil einige Forscher die Schlüssigkeit unserer früheren Daten in Frage stellten, entschlossen wir uns, Mäuse zu züchten, denen das Pigment fehlt, um zu sehen, welche Auswirkungen das für die Mäuse hat", sagte Aziz Sancar, Professor für Biochemie und Biophysik an der University of North Carolina Medical School. Zusammen mit seinen Kollegen stellte er dann weitere Versuche mit den neuen Knock-out-Mäusen an, denen das Gen für die Synthese der Cryptochrome fehlte (Science vom 20. November 1998).

Die manipulierten Tieren produzierten tatsächlich weniger als die Hälfte der normalen Menge des Proteins Period, einem der lichtabhängigen Bestandteile des inneren Uhrwerks. Zudem war ihr biologischer Tag mit 25 Stunden Aktivität deutlich länger als bei den normalen Mäusen der Kontrollgruppe.

Cryptochrome sind mit dem Vitamin B2 verwandt und kommen unter anderem auch in der Netzhaut vor. Dort absorbieren sie blaues Licht und leiten das Signal durch den Sehnerv an das Gehirn weiter. Ein durchtrennter Nervenstrang zerstört deshalb nicht nur das visuelle Wahrnehmungsvermögen, sondern auch die Fähigkeit, die innere Uhr zu synchronisieren. Da die Cryptochrome aber in anderen Bereichen der Netzhaut liegen als die Sehzellen, gibt es auch Formen von Blindheit, bei welchen der normale circadiane Rhythmus erhalten bleibt.

Mit der Erkenntnis, daß nicht die Sehzellen, sondern spezialisierte Pigmente für das tägliche Stellen der inneren Uhr zuständig sind, hoffen die Forscher, ein wichtiges Rädchen des Mechanismus entdeckt zu haben.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 26.5.1998
"Wer stellt eigentlich die Uhr?"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 25.1.1998
"Die Uhr im Knie"

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