Biologische Rhythmen – Circadianer Rhythmus II

Biologische Rhythmen – Circadianer Rhythmus

Biologische Psychologie

Molekulare Rückstelltaste unserer inneren biologischen Uhr entdeckt

28.04.2015 Ein internationales Wissenschaftlerteam hat die molekulare Reset-Taste für unsere interne biologische Uhr entdeckt. Durch ihre Entdeckung könnten einige Störungen wie Schlaf- und Verhaltensstörungen, Stoffwechselstörungen durch Jetlag, Schichtarbeit und Nachtbeleuchtung, Depression und Autismus behandelt werden.

Phosphorylierung

Die Wissenschaftler berichteten in Nature Neuroscience, dass die Uhr des Körpers zurückgestellt wird, wenn sich ein Phosphat mit einem Schlüsselprotein im Gehirn verbindet. Dieser Prozess, bekannt als Phosphorylierung, wird durch Licht ausgelöst. Licht stimuliert die Synthese von bestimmten Proteinen, die eine wichtige Rolle bei der Rückstellung der internen Uhr spielen, indem sie den Rhythmus der Uhr mit den täglichen Kreisläufen der Umwelt synchronisieren.

Um den Mechanismus der Uhr im Gehirn zu untersuchen, mutierten die Forscher eines dieser Proteine (eIF4E) in den Gehirnen von Labormäusen, so dass es nicht phosphorylieren konnte. Da alle Säugetiere ähnliche innere Uhren haben, geben Versuche mit Mäusen eine Vorstellung davon, was geschehen würde, wenn die Funktion dieses Proteins bei Menschen blockiert würde.

Das Laufen gegen die Uhr

Die Mäuse wurden in Käfigen untergebracht, die mit Laufrädern bestückt waren. Durch Aufzeichnung und Analyse der Laufaktivität der Tiere waren die Wissenschaftler in der Lage, die Rhythmen der zyklischen Uhr in den Mutationsmäusen zu studieren.

Das Ergebnis: die Uhren von Mutationsmäusen reagierten weniger gut als die von normalen Mäusen auf die Reset-Wirkung des Lichts. Die Mutanten waren außerstande, ihre biologischen Uhren an eine Serie von Hell/Dunkel-Zyklen zu synchronisieren (z.B.: 10,5 Stunden Licht folgte 10,5 Stunden Dunkelheit, statt der 12-stündigen Zyklen, denen Labormäuse normalerweise ausgesetzt sind).

„Wir können zwar keinen Zeitplan geben, wann diese Befunde klinische Verwendung finden werden, unsere Studie zeigt aber eine Möglichkeit, wie die Funktionen der zyklischen Uhr manipuliert werden können“, sagte Ruifeng Cao von der McGill Universität.

Koautor Shimon Amir von der Concordia Universität sagte, dass die Unterbrechung des zyklischen Rhythmus manchmal unvermeidbar ist. Dies kann aber zu ernsten Folgen führen. „Wir sind nun bald in der Lage, unsere internen Uhren zurückzustellen und die Gesundheit von Tausenden dadurch zu verbessern.“

© PSYLEX.de – Quellenangabe: Nature Neuroscience, Concordia Universität, McGill Universität; April 2015

Zirkadianer Rhythmus der Gene verändert sich im Laufe des Lebens

27.12.2015 Der zirkadiane Rhythmus der Genaktivität verändert sich mit dem Alter laut einer aktuellen Studie der Universität Pittsburgh.

Die in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences untersuchte tausende Gene von fast 150 menschlichen Gehirnen. Die Befunde legen auch das Auftauchen einer neuartigen biologischen Uhr im Gehirn älterer Menschen nahe.

Regulation biologischer u. psychischer Prozesse

uhr
Bild: Gerd Altmann

Beinahe alle Gehirn- und Körperprozesse wie der Schlaf-/Wach-Zyklus, der Stoffwechsel, die Wachsamkeit und das Erkennungsvermögen werden von einem 24-stündigen zyklischen Rhythmus kontrolliert.

Diese täglichen Aktivitätsmuster werden von bestimmten Genen reguliert, die in fast allen Zellen vorhanden sind, aber selten im menschlichen Gehirn untersucht wurden.

Molekulares Altern

Studien haben gezeigt, dass ältere Erwachsene am Morgen besser und am Abend schlechter komplexe kognitive Aufgaben bewerkstelligen, sagte Studienautorin Colleen McClung.

„Wir wissen auch, dass der zirkadiane Rhythmus sich im Alter verändert, was zu einem früheren Erwachen am Morgen, weniger Schlaf und weniger robusten Körpertemperatur-Rhythmen führt.“

Die Präsenz von Genänderungen oder dem „molekularen Altern“ im Gehirn war zuvor von Ko-Forscherin Etienne Sibille gezeigt worden.

Für die aktuelle Studie untersuchten die Wissenschaftler die Auswirkungen des normalen Alterns auf die molekularen Rhythmen im menschlichen präfrontalen Cortex, einer Gehirnregion, die eine Rolle beim Lernen, Gedächtnis und anderen Aspekten kognitiver Leistung spielt.

Die Forscher sahen sich Hirnproben von 146 Verstorbenen ohne psychische oder neurologische Erkrankungen an. Sie kategorisierten die Gehirne in: jünger als 40 oder älter als 60, und analysierten dann zwei Gewebeproben vom präfrontalem Cortex auf rhythmische Aktivität oder Expression bei Tausenden von Genen.

Rhythmusverlust und neue Rhythmizität

Sie identifizierten (anhand der bekannten Todeszeit) 235 Kerngene, die die molekulare Uhr in diesem Teil des Gehirns ausmachten.

„Wie wir erwarteten, hatten alle jüngeren Menschen diesen Alltagsrhythmus in allen klassischen ‚Uhr‘ Genen“, sagte McClung. Aber es gab eine Rhythmusverlust in vielen dieser Gene bei den älteren Menschen, die einige der Veränderungen bei Schlaf, Kognition und Stimmung im späteren Leben erklären können.

Zu ihrer Überraschung fand das Team auch einen Gen-Satz, der für neue Rhythmizität bei älteren Personen sorgte.

Sundowning-Syndrom

Die Befunde könnten zur Aufklärung der Entwicklung von Behandlungen für kognitive und Schlafprobleme bei älteren Menschen und für das Sundowning-Syndrom beitragen – ein Syndrom, bei dem ältere Demenz-Patienten Agitation, Verwirrtheitsgefühle und Ängstlichkeit zum Abend hin entwickeln.

Da Depression mit einem beschleunigten molekularen Altern und mit Unterbrechungen der Tagesroutine verbunden wird, können diese Ergebnisse auch Aufschluss geben über die molekularen Veränderungen bei depressiven Erwachsenen, sagte Sibille.

© PSYLEX.de – Quellenangabe: Universität Pittsburgh, Proceedings of the National Academy of Sciences; Dez. 2015



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