Der genetische Mechanismus: So funktioniert unsere innere Uhr

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 03:51

Jeder hat von der inneren Uhr gehört, aber nur wenige wissen, wie sie funktioniert. Zwei Gruppen von Wissenschaftlern aus den USA haben groß angelegte Studien durchgeführt, um zu verstehen, wie unsere Uhren funktionieren und welche Auswirkungen sie auf den Körper haben.

Den ganzen Tag über hören wir auf das „Ticken“der Uhr in unserem Körper. Das weckt uns morgens auf und lässt uns nachts schläfrig werden. Es erhöht und senkt unsere Körpertemperatur zum richtigen Zeitpunkt, reguliert die Produktion von Insulin und anderen Hormonen.

Die innere Uhr des Körpers, das Ticken, das wir spüren, wird auch zirkadiane Rhythmen genannt.

Diese Rhythmen beeinflussen sogar unsere Gedanken und Gefühle. Psychologen untersuchen ihre Auswirkungen auf das menschliche Gehirn, indem sie Freiwillige zwingen, zu verschiedenen Tageszeiten kognitive Tests durchzuführen.

Es stellte sich heraus, dass der Morgen die beste Zeit ist, um Aufgaben auszuführen, bei denen das Gehirn Multitasking erfordert. Wenn Sie mehrere Informationsschichten gleichzeitig im Kopf haben und diese Daten zeitnah verarbeiten müssen, sollten Sie am Anfang des Tages mit der Arbeit beginnen. Aber die zweite Tageshälfte ist gut geeignet, um einfache und verständliche Aufgaben zu bearbeiten.

Circadiane Rhythmen haben einen großen Einfluss auf Menschen, die an Depressionen oder bipolaren Störungen leiden. Menschen mit diesen Problemen schlafen nicht gut und verspüren den ganzen Tag über den Drang zu trinken. Manche Demenzkranke erleben einen besonderen „Sonnenuntergangseffekt“: Am Ende des Tages werden sie aggressiv oder verlieren sich in Raum und Zeit.

„Schlaf- und Aktivitätszyklen sind ein kritischer Teil psychischer Erkrankungen“, sagt Huda Akil, Neurowissenschaftlerin an der University of Michigan. Daher haben Neurowissenschaftler Schwierigkeiten zu verstehen, wie unsere inneren Uhren funktionieren und welche Auswirkungen sie auf unser Gehirn haben. Aber Forscher können nicht einfach den Schädel öffnen und zusehen, wie Zellen rund um die Uhr arbeiten.

Vor einigen Jahren hat die University of California Gehirne für die Forschung gespendet, die nach dem Tod von Spendern sorgfältig konserviert wurden. Einige von ihnen starben am frühen Morgen, andere am Nachmittag oder in der Nacht. Dr. Akil und ihre Kollegen beschlossen, zu untersuchen, ob sich ein Gehirn von einem anderen unterscheidet und ob der Unterschied vom Zeitpunkt des Todes des Spenders abhängt.

„Vielleicht erscheint Ihnen unsere Vermutung einfach, aber aus irgendeinem Grund hat sich noch niemand darüber Gedanken gemacht“, sagt Dr. Akil.

Sie und ihre Kollegen wählten Gehirnproben von 55 gesunden Menschen aus, die bei einem plötzlichen Unfall wie einem Autounfall ums Leben kamen. Aus jedem Gehirn entnahmen die Forscher Gewebeproben aus den Lappen, die für Lernen, Gedächtnis und Emotionen verantwortlich sind.

Zum Zeitpunkt des Spendertodes kodierten Gene in Gehirnzellen aktiv ein Protein. Dank der Tatsache, dass das Gehirn schnell erhalten wurde, können Wissenschaftler die Aktivität von Genen im Moment des Todes beurteilen.

Die meisten der von den Forschern getesteten Gene zeigten im Laufe des Tages kein Muster in ihrer Leistung. Mehr als 1.000 Gene zeigen jedoch einen täglichen Aktivitätszyklus. Die Gehirne der Menschen, die zur gleichen Tageszeit starben, zeigten die gleichen Gene bei der Arbeit.

Die Aktivitätsmuster waren nahezu identisch, so dass sie als Zeitstempel verwendet werden konnten. Durch die Messung der Aktivität dieser Gene war es fast unmissverständlich festzustellen, in welchem Moment ein Mensch starb.

Dann testeten die Forscher die Gehirne der Spender, die an einer klinischen Depression litten. Hier wurde der Zeitstempel nicht einfach umgeworfen: Es schien, als ob diese Patienten entweder in Deutschland oder in Japan lebten, aber nicht in den USA.

Die Ergebnisse der durchgeführten Arbeiten wurden 2013 veröffentlicht. Forscher der University of Pittsburgh ließen sich davon inspirieren und versuchten, das Experiment zu reproduzieren.

„An eine solche Studie hätten wir uns vorher nicht denken können“, sagt die Neurologin Colleen McClung. Dr. McKlang und ihre Kollegen konnten 146 Gehirnproben aus dem Spenderprogramm der Universität testen. Die Ergebnisse des Experiments wurden erst vor kurzem veröffentlicht.

Doch Dr. McClangs Team konnte nicht nur die Ergebnisse des vorherigen Experiments wiederholen, sondern auch neue Daten gewinnen. Sie verglichen Muster der Genaktivität im Gehirn von jungen und alten Menschen und fanden einen faszinierenden Unterschied.

Die Wissenschaftler hofften, eine Antwort auf die Frage zu finden: Warum ändert sich der circadiane Rhythmus des Menschen mit zunehmendem Alter? Denn mit zunehmendem Alter nimmt die Aktivität ab und der Rhythmus ändert sich. Dr. McClang fand heraus, dass einige der Gene, die in täglichen Zyklen am aktivsten waren, im Alter von 60 Jahren nicht mehr verwendet wurden.

Es ist möglich, dass einige ältere Menschen aufhören, das Protein zu produzieren, das benötigt wird, um ihre inneren Uhren am Laufen zu halten.

Überraschend stellten die Forscher auch fest, dass manche Gene erst im Alter in die aktive tägliche Arbeit einbezogen wurden. „Es scheint, dass das Gehirn versucht, die Abschaltung einiger Gene durch die Arbeit anderer zu kompensieren, indem es die zusätzliche Uhr aktiviert“, sagt Dr. McClang. Vielleicht ist die Fähigkeit des Gehirns, zirkadiane Reserverhythmen zu erzeugen, eine Abwehr gegen neurodegenerative Erkrankungen.

Das Umschalten auf eine freie innere Uhr kann von Ärzten zur Behandlung von Störungen des zirkadianen Rhythmus verwendet werden. Forscher experimentieren jetzt mit tierischen Genen und versuchen zu verstehen, wie die Gene der inneren Uhr aktiviert und ausgeschaltet werden.

Mit anderen Worten, Wissenschaftler hören auf das „Ticken“und wollen verstehen: Was will uns das Gehirn sagen?