Wie funktioniert die biologische Uhr? Hat es auch Zahnräder und Zeiger?

Science Fiction Network berichtete am 7. April, dass wir alle eine biologische Uhr haben, die bestimmt, wann wir essen, schlafen, aufstehen usw. Tatsächlich ist das bei vielen Organismen der Fall. Die biologische Uhr und ihre Reaktion auf die Umwelt werden derzeit auf eine Weise untersucht, wie es sie noch nie zuvor gegeben hat. Die Wissenschaftler verfolgten die innere Uhr und ihre Funktionen in Echtzeit mithilfe winziger Wasserorganismen, sogenannter Cyanobakterien, deren Uhren ähnlich wie unsere eigenen funktionieren.

Das Team untersuchte den Kernoszillator der Cyanobakterien – eine von drei Proteinen angetriebene Nanomaschine, die als Zeitregler fungiert – und untersuchte, wie seine Ausgabe als Zeitsignal fungiert. Der Kern „schwingt“ im Laufe des Tages, wenn sich verschiedene Signalmoleküle binden, wodurch Hunderte von Genen der Cyanobakterien rhythmisch schwingen.

Die neue Studie analysierte, wie sich diese Interaktionen ändern, wenn die Uhr der Cyanobakterien auf molekularer Ebene zurückgesetzt wird.

„Wir haben In-vitro-Uhrreaktionen verwendet und massiv parallele Experimente durchgeführt, um die Synchronisierung der Uhr mit der Umgebung in Gegenwart der Ausgabekomponenten zu untersuchen“, sagten die Forscher.

Die Forschung baut auf einer In-vitro-Uhr auf, die einige Mitglieder des Teams zuvor entwickelt hatten und die in einem Reagenzglas funktionieren kann. Durch neue Fortschritte bei der Überwachung und Steuerung der Uhr ist das Team in der Lage, Echtzeitmesswerte zu erhalten, während es die Zeiteinstellungen anpasst und darauf reagiert.

Dies brachte mehrere neue Erkenntnisse zutage, darunter auch, dass Kinasen, die die Genexpression vermitteln, enger mit der Uhrfunktion verknüpft sind als bisher angenommen.

„In den ersten 20 Jahren nach seiner Entdeckung konzentrierten sich die meisten Studien auf den Kernoszillator“, sagte der Biochemiker der UC San Diego. „Wir haben festgestellt, dass Kinasen, von denen man bisher dachte, sie seien bloße Ausgabekomponenten, tatsächlich Teil der Gesamtuhr sind.“

Der Kernoszillator wird oft als das „Zahnrad“ der biologischen Uhr angesehen und die Kinase als der „Zeiger“. Zusammen zeigen beide die richtige Zeit an. Wenn Sie nicht über zwei Zeiger verfügen, lässt sich die Zeit nicht richtig einstellen, da ein Zeiger als Stabilisator und der andere als Störer des Rücksetzsignals fungiert. Mit anderen Worten: Die Kinasen nehmen nicht nur Informationen von der Uhr auf, sondern stören diese auch.

Da diese Methode zur Echtzeitüberwachung nun etabliert ist, können wir damit besser verstehen, wie unsere innere Uhr funktioniert und wie sich ihr Takt auf den Rest unseres Körpers auswirkt.