Warum verändert sich unsere biologische Uhr mit dem Alter? - Molekulare Mechanismen aufgeklärt

  • Warum verändert sich unsere biologische Uhr mit dem Alter von Nachtaktität in der Jugend hin zur senilen Bettflucht im Alter?Warum verändert sich unsere biologische Uhr mit dem Alter von Nachtaktität in der Jugend hin zur senilen Bettflucht im Alter?

Warum verändert sich unsere biologische Uhr mit dem Alter von Nachtaktivität in der Jugend hin zur senilen Bettflucht im Alter? Forscher der Universität Basel um Prof. Dr. Anne Eckert, Prof. Dr. Christian Cajochen und Prof. Dr. Anna Wirz-Justice in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Steven Brown (Universität Zürich) haben in einer Studie die molekularen Mechanismen dieser altersabhängigen chronobiologischen Veränderung aufgeklärt und herausgefunden, dass zirkulierende thermolabile Faktoren für die Modulation der zirkadianen Rhythmik im Alter verantwortlich sind. Da diese Faktoren hormonellen Ursprungs sind, könnte senile Bettflucht zukünftig vielleicht pharmakologisch behandelbar sein. Für die Studie wurde eine neue von Steven Brown entwickelte Untersuchungsmethode - die Gewinnung und Kultivierung peripherer Zellen einzelner Versuchspersonen - genutzt, um die molekularen genetischen Eigenschaften der individuellen Uhren bestimmen zu können.

Im Rahmen der Studie wurde 18 jungen (21-30 Jahre) und 18 älteren Versuchspersonen (60-88 Jahre) eine winzige Hautbiopsie entnommen. Die gewonnenen humanen Primärkultursysteme (Hautfibroblasten) wurden mit einem Gen der Feuerfliege so modifiziert, dass sie Licht (Biolumineszenz) emittieren. Da die Expression des Feuerfliegengens von einem Uhren-Gen (Bmal-1) kontrolliert wird, kann somit dessen zirkadiane Aktivität visualisiert werden. Die individuellen rhythmischen Expressionsmuster der Fibroblastenkulturen von jungen und älteren Spendern wurden über 5 Tage erfasst. Somit war es möglich, individuelle zirkadiane Perioden am Menschen ex vivo/in vitro zu analysieren. Die Forscher fanden heraus, dass im Gegensatz zu den gut dokumentierten altersabhängigen Änderungen im Schlafverhalten, die zirkadiane Periodenlänge in Fibroblasten von jungen und älteren Spendern in vitro nicht verändert war. Interessanterweise änderte sich dieses Verhalten jedoch, wenn die gleichen Zellen - egal ob «jung oder «alt» - mit humanem Serum, das von älteren Personen stammte, statt mit Standardserum (FSC) behandelt wurden.

In Analogie zu den in-vivo-Daten reagierten die Zellen mit einer Verkürzung ihrer Periodenlänge. Die Verkürzung trat jedoch nicht auf, wenn Serum von jungen Kontrollpersonen verwendet wurde.
Die Studiendaten zeigten somit erstmalig, dass das Zusammenspiel der molekularen Komponenten der inneren Uhr im Alter nicht per se verändert ist. Die Studienmacher/innen vermuten, dass zirkulierende thermolabile Faktoren für die Modulation der zirkadianen Rhythmik im Alter verantwortlich sind.

Hintergrund: Wie funktioniert die biologische Uhr?
Biologische Uhren kontrollieren eine Vielzahl tagesrhythmischer Prozesse wie Schlaf, Körpertemperatur, Blutdruck, Hormonausschüttung und Verdauung. Diese Aktivitäten werden von einer im Gehirn liegenden zentralen Uhr (zirkadianen Schrittmachern im Nucleus suprachiasmaticus) gesteuert. Diese wird durch das Licht, das durch die Augen einfällt, synchronisiert und kommuniziert mit anderen Uhren, den sogenannten «Sklaven-Uhren», die in den meisten Zellen unseres Körpers vorkommen. Diese Zellen stellen die für die zirkadiane Rhythmik (den inneren Rhythmus, die innere Uhr) wichtigen Uhren-Gene dar. Die Uhren-Gene und die von ihnen codierten Proteine wirken in einer komplexen negativen Rückkopplungsschleife zusammen und sie generieren zelluläre molekulare Rhythmen. Ein zirkadianer Rhythmus besitzt eine Periodenlänge von rund 24 Stunden. Die Periodenlänge der inneren Uhr hängt von der genetischen Ausstattung ab. Zudem ist es möglich, Organismen zu züchten, die aufgrund unterschiedlicher Mutationen in Uhren-Genen eine interne Uhr mit längerer oder kürzerer Periodenlänge haben.

http://www.unibas.ch

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