zur Navigation zum Inhalt
Alternative Splicing-Varianten des Enzyms CaMKII bewirken eine Beschleunigung oder Verlangsamung der circadianen Uhr
 
Neurologie 5. Dezember 2016

Zur richtigen Zeit am richtigen Ort

Chronotypen. Der Mensch, aber auch viele andere Organismen haben innere Uhren. Die Meeresmücke Clunio marinus hat aber gleich zwei, denn sie richtet sich bei der Fortpflanzung nach der Sonne und dem Mond.

Innere Uhren ticken von Individuum zu Individuum anders. Daher sind manche Menschen zum Beispiel Frühaufsteher, während andere erst spät müde werden. Welche genetischen Faktoren hinter solchen „Chronotypen“ stecken, haben die Neurobiologin Kristin Tessmar-Raible und ihr Team an den Max F. Perutz Laboratories (MFPL) der Universität Wien und der Medizinischen Universität Wien untersucht. Die Meeresmücke Clunio marinus hat zwei innere Uhren. Das Team um Tessmar-Raible und Postdoc Tobias Kaiser konnte nun Gene identifizieren, die dafür verantwortlich sind, und publiziert diese Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe des Journals Nature.

Die Meeresmücke lebt an den von Ebbe und Flut geprägten Küsten Europas. Dort hat gutes Timing eine existenzielle Bedeutung: Paarung und Eiablage der Mücken müssen genau dann stattfinden, wenn das Wasser so niedrig wie möglich steht. Dies ist immer nur während weniger Stunden an bestimmten Tagen der Fall, nämlich während des sogenannten „Springniedrigwassers“.

Der Verlauf der Gezeiten wird sowohl durch die Sonne als auch durch den Mond bestimmt. Um den idealen Zeitpunkt der Fortpflanzung vorhersagen zu können, besitzt die Meeresmücke daher zwei innere Uhren: eine Tagesuhr, gestellt durch die Sonne; und eine einem Kalender vergleichbare Monduhr, gestellt durch den Mond.

Da das Springniedrigwasser aufgrund geografischer Gegebenheiten an unterschiedlichen Orten zu unterschiedlichen Zeiten auftritt, muss die Meeresmücke ihre Uhren „stellen“. Schon in den 1960er-Jahren fanden Forscher heraus, dass die Tagesuhren der Mücken entlang der europäischen Atlantikküste an den örtlichen Ablauf der Gezeiten genetisch präzise angepasst sind.

Wie erfolgt nun diese Anpassungen auf molekularer Ebene? Kaiser entschlüsselte das Clunio-Genom und verglich die Gensequenzen zwischen Mücken mit unterschiedlichen Fortpflanzungszeiten. Das erlaubte, jene Gene zu identifizieren, welche zu einer Anpassung der Mond- und Tagesuhr bei der Meeresmücke geführt haben.

Weiterführende molekulare Arbeiten führten zu einem ersten mechanistischen Modell für die „Feineinstellungen“ der Tagesuhr. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Clunio-Tagesuhr durch Veränderung an einem bestimmten Protein, genannt Kalzium-Calmodulin-abhängige Kinase II (CaMKII,) an ihre geografische Lage angepasst wird. „Durch die entstehenden unterschiedlichen Varianten von CaMKII kann die Tagesuhr entweder schneller oder langsamer laufen“, erklärt Tessmar-Raible: „Spannenderweise besitzen auch Menschen dieses Protein, und es hat sich in der Evolution kaum verändert. Wenn man an die unterschiedlichen menschlichen Chronotypen denkt, wirft das natürlich die Frage auf, ob CaMKII auch da eine Rolle spielen könnte.“

Das CaMKII-Protein ist eines der häufigsten Proteine im menschlichen Gehirn und wurde schon mit neuropsychiatrischen Krankheiten in Verbindung gebracht, die oftmals gemeinsam mit Störungen der Tagesuhr auftreten. „Unsere Studie wirft viele spannende, weiterführende Fragen auf: Neben Einsichten in die Modulation der Tagesuhr liefert unsere Arbeit auch mögliche Moleküle für die Modulation des ‚inneren Kalenders‘, der Monduhr. Und beim Verständnis dieser Uhren steht die Biologie noch ganz am Anfang“, sagt Kaiser.

Referenz

Tobias S. Kaiser, Birgit Poehn, David Szkiba, Marco Preussner, Fritz J. Sedlazeck, Alexander Zrim, Tobias Neumann, Lam-Tung Nguyen, Andrea J. Betancourt, Thomas Hummel, Heiko Vogel, Silke Dorner, Florian Heyd, Arndt von Haesele, Kristin TessmarRaible,

„The genomic basis of circadian and circalunar timing adaptations in a midge“, DOI 10.1038/nature20151

MedUni Wien, Ärzte Woche 49/2016

Zu diesem Thema wurden noch keine Kommentare abgegeben.

Mehr zum Thema

<< Seite 1 >>

Medizin heute

Aktuelle Printausgaben