Fr., 10.11.2017

Forschung der Uni Bielefeld: Anpassung an Jahreszeiten sowie Tag und Nacht entscheidend für die Fitness Den »Mechanismus« der inneren Uhr verstehen

Prof. Dr. Dorothee Staiger weiß, dass die meisten Funktionen im Körper durch die innere Uhr gesteuert werden – selbst wenn Menschen keinerlei Tageslicht sehen.

Prof. Dr. Dorothee Staiger weiß, dass die meisten Funktionen im Körper durch die innere Uhr gesteuert werden – selbst wenn Menschen keinerlei Tageslicht sehen. Foto: Hans-Werner Büscher

Von Sabine Schulze

Bielefeld (WB). Die Fruchtfliege Drosophila, die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) aus der Familie der Kreuzblütler und der Mensch haben etwas gemeinsam: eine innere Uhr. Für die Entdeckung des zugrunde liegenden Mechanismus haben in diesem Jahr drei Wissenschaftler den Nobelpreis für Physiologie und Medizin bekommen. Biologen der Uni Bielefeld haben soeben als erste einen weiteren Mechanismus der inneren Uhr beschrieben.

Wer nach einem Langstreckenflug unter Jetlag leidet, wer im Schichtdienst arbeitet oder wer empfindlich auf die Umstellung von Sommer- auf Winterzeit reagiert, weiß, dass es einen körpereigenen Takt gibt. »Er wird vorgegeben durch Proteine, die zum Beispiel dafür sorgen, dass Hormone ausgeschüttet werden, dass der Kreislauf schon kurz vor dem Aufstehen in Schwung kommt oder die Leber kurz vor dem Essen Verdauungsenzyme produziert«, erklärt Prof. Dr. Dorothee Staiger das Phänomen.

Bielefelder Uni-Forscher entwickeln ersten »Oszillator«

Die Konzentration dieser Proteine, »Period« genannt, steigt und sinkt im Laufe eines Tages, sie folgt einer »24-Stunden-Oszillation«. Dabei hat es einen gewissen Charme, dass diese Proteine selbst die Gene, die ihre Bildung anstoßen, an- und abschalten. Damit kontrollieren sie die rhythmischen Prozesse in der Zelle. Ihre Ausprägung erfolgt dabei über eine Zwischenschritt.

Die Bielefelder haben nun den ersten »Oszillator« beschrieben, der ohne diesen Umweg auskommt: Das oszillierende Protein, dass der Ackerschmalwand Arabidopsis, einer beliebten Modellpflanze, den Takt vorgibt, bindet nicht an den DNA-Strang, den Träger des Erbgutes, sondern direkt an die RNA; sie fungiert sonst als Bote zwischen DNA und Protein.

Beschriebenes Protein leitet Infos an innere Uhr weiter

In einem aufwändigen Verfahren mit UV-Bestrahlung, Hochdurchsatz-Sequenzierung und neuen Methoden der Systembiologie haben Staiger und besonders ihre Mitarbeiter Dr. Tino Köster und Doktorandin Katja Meyer nachgewiesen, dass auch ihr Protein »AtGRP7« Informationen der inneren Uhr weiterleitet und ebenso wie »Period« selbst seinen Rhythmus steuert. Außerdem sorgt es dafür, dass sich die Pflanze gegen Feinde wie pathogene Bakterien wehrt. Der Vorteil der direkten Bindung an den Zwischenträger RNA: Die Umsetzung genetischer Informationen kann kurzfristig erfolgen, »zum Beispiel um das Überleben in kritischen Situationen zu gewährleisten.«

»AtGRP7 ist dem Protein Period nachgeschaltet«, erklärt Staiger – weswegen die Arbeitsgruppe diesen molekularen Oszillator »slave«, also Sklave genannt hat. Es scheint mithin, dass eine ganze Signal-Kaskade den Rhythmus in Organismen und Zellen steuert. Dabei spielt die Tageslänge, spielen Helligkeit und Dunkelheit eine Rolle: Danach steuert die Pflanze, wann sie ihre Blüten öffnet oder wann ihre Samen reif sind.

Die innere Uhr, betont Staiger, ermöglicht allen Lebewesen die Anpassung an Tag und Nacht, an Sommer und Winter. »Und das ist wesentlich für die Fitness.«

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