. Chronobiologie

Nobelpreis in Medizin für Erforschung der biologischen Uhr

Der Nobelpreis in Medizin ging 2017 an drei Forscher, die sich mit der biologischen Uhr des Menschen beschäftigten und die dahinterliegenden Mechanismen aufdeckten.
Tag-Nacht-Rhythmus

So funktioniert die innere Uhr des Menschen

Den Nobelpreis in Medizin 2017 erhielten Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young. Sie hatten aufgedeckt, wie die innere, biologische Uhr des Menschen funktioniert, heißt es in einer Mitteilung des Karolinska Institutet in Stockholm. Auch Pflanzen und Tiere passen ihren Rhythmus an die Erd-Rotation und somit die Umwelt-Gegebenheiten an, um so zu überleben.

Die innere Uhr des Menschen regelt seine Physiologie an den unterschiedlichen Phasen des Tages. Sie beeinflusst Hormonspiegel, Schlaf, Körpertemperatur und Stoffwechsel. Das Wohlbefinden ist beeinträchtigt, wenn es eine vorübergehende Diskrepanz zwischen äußerer Umgebung und innerer Uhr gibt. So wenn Reisende mehrere Zeitzonen überschreiten und einen „Jetlag“ erleben. Auch gibt es Hinweise darauf, dass eine chronische Differenz zwischen Lebensstil und biologischem Rhythmus mit einem erhöhten Risiko für verschiedene Krankheiten einhergeht, etwa bei Schichtarbeitern.

Tag-Nacht-Rhythmus wird von Genen gesteuert

Schon im 18. Jahrhunderts stellte der Geophysiker Jean Jacques d'Ortous de Mairan fest, dass sich Mimosen-Blätter tagsüber zur Sonne öffneten und in der Dämmerung schlossen. Er stellte die Pflanzen ins Dunkle. Es zeigte sich, dass sich die Blätter weiterhin öffneten und schlossen. Die Mimose folgte ihrer eigenen biologischen Uhr.

In den 1970er Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass der Tag-Nacht-Rhythmus der Fruchtfliege von einem Gen gesteuert wird. Im Jahr 1984 isolierten Jeffrey Hall und Michael Rosbash in Zusammenarbeit mit Michael Young dieses „Perioden-Gen“. Das Gen liefert den Bauplan für das Protein PER, das während der Nacht angesammelt und während des Tages abgebaut wird. Die PER-Protein-Werte steigen und sinken im 24-Stunden-Zyklus.

 

Wie sich der Tag-Nacht-Rhythmus regelt

Die beiden Forscher vermuteten dahinter eine sich selbstregelnde Mechanik, ähnlich einem Uhrwerk. Jeffrey Hall und Michael Rosbash nahmen an, dass das PER-Protein die Aktivität des Perioden-Gens blockierte. Durch eine inhibitorische Rückkopplungsschleife würde das PER-Protein seine eigene Synthese verhindern und damit sein eigenes Niveau in einem kontinuierlichen, zyklischen Rhythmus regulieren.

Doch um die Aktivität des Perioden-Gens zu blockieren, müsste das PER-Protein, das im Zytoplasma produziert wird, den Zellkern erreichen, wo sich das genetische Material befindet. Aber wie kam es dorthin? Im Jahr 1994 entdeckte Michael Young ein zweites Zeit-Gen. Das liefert die Bauanleitung für  das TIM-Protein. Wenn TIM an PER gebunden war, konnten die beiden Proteine in den Zellkern gelangen, wo sie die Perioden-Gen-Aktivität blockierten, um die inhibitorische Rückkopplungsschleife zu schließen.

Nobelpreis in Medizin für Erforschung der biologischen Uhr

Nicht zuletzt dank dieser Erkenntnisse habe sich die Chronobiologie zu einem großen und sehr dynamischen Forschungsfeld entwickelt, das Auswirkungen auf unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden habe. So begründete das Nobelpreis-Komitee seine Entscheidung, den diesjährigen Preis in Medizin beziehungsweise Physiologie für die Erforschung der biologischen Uhr zu vergeben.

Foto: Nobel Media AB 2017

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