Tick ​​Tock: Neue Hinweise Zu Biologischen Uhren Und Gesundheit

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Neue mittel für uhrbedingte erkrankungen wie schlafstörungen und jetlag könnten die folge sein.

Nachdem Sie Ihre Uhren am Sonntag um eine Stunde zurückgedreht haben, fühlen Sie sich vielleicht etwas getrübt, vielleicht sogar verwirrt. Das liegt daran, dass Ihr Körper ein eigenes Netzwerk aus winzigen, koordinierten biologischen Uhren hat. Diese Uhren sind verantwortlich für unsere zirkadianen Rhythmen, die rund 24-Stunden-Zyklen von körperlichen, geistigen und Verhaltensänderungen, die das Schlafverhalten, die Hormonfreisetzung, die Körpertemperatur, den Hunger und vieles mehr beeinflussen.

Forscher, die von den National Institutes of Health finanziert werden, ermitteln die Gene und Proteine, die mit biologischen Uhren arbeiten, und ermitteln genau, wie sie dazu beitragen, den täglichen Rhythmus in Einklang zu bringen. Dieses Wissen könnte die Entwicklung von Heilmitteln für eine Reihe von mit der Uhr in Zusammenhang stehenden Erkrankungen unterstützen, von Schlafstörungen über Jetlag bis hin zu Diabetes.

Zuckerproduktion

Wissenschaftler haben seit langem den Verdacht, dass Diabetes, Fettleibigkeit und andere Stoffwechselstörungen mit Problemen mit biologischen Uhren in Verbindung stehen könnten, und neue wissenschaftliche Erkenntnisse stützen dies. Vor einigen Jahren entdeckten Forscher der University of California in San Diego, dass ein Protein namens Cryptochrom dazu beiträgt, die Glukoseproduktion der Leber mit unserem nächtlichen Fasten und unserem Essen während des Tages in Einklang zu bringen. Vor kurzem entdeckten sie, dass ein kleines Molekül mit dem Namen KL001 das Cryptochrom so steuert, dass es die biologische Uhr der Leber verlangsamen und eine übermäßige Zuckerproduktion der Leberzellen verhindern kann, insbesondere während des Fastens. Die Wissenschaftler glauben, dass KL001 zu einem Medikament entwickelt werden könnte, und bietet einen neuen Ansatz zur Behandlung von Zuständen, die mit abnormalen Blutzuckerspiegeln wie Diabetes zusammenhängen.

Fruchtfliegen zeigen ähnliche Schlafmuster wie wir.

Fruchtfliegen zeigen ähnliche Schlafmuster wie wir.

Bildnachweis: Jay Hirsh, Universität von Virginia.

Besserer Schlaf

Schlafstörungen betreffen bis zu 70 Millionen Erwachsene in den Vereinigten Staaten, und unzureichender Schlaf ist mit einem erhöhten Risiko für chronische Krankheiten wie Bluthochdruck, Diabetes, Depressionen und Krebs verbunden. Um den Schlaf besser zu verstehen, haben Wissenschaftler nach ihrer genetischen Basis gesucht. Nach vielen Versuchen, Gene zu finden, die der Schlafkontrolle gewidmet sind, haben Forscher der Rockefeller-Universität zwei entdeckt, Rca1 und CycA, die für den richtigen Schlaf in Fruchtfliegen unerlässlich sind. Dies ist ein etablierter Organismus für das Studium der Genetik, die tatsächlich ähnliche Schlafmuster aufweist wie unser besitzen. Ohne funktionierende Versionen der beiden Gene hatten die Fliegen einen fragmentierten Schlaf, schliefen weniger als normale Fliegen und konnten im Wachzustand nicht normal funktionieren. Viele andere Organismen, einschließlich des Menschen, haben Gene, die genau wie Rca1 und CycA funktionieren. Die Forscher glauben, dass sie durch ein besseres Verständnis der Funktionsweise dieser Gene in Fruchtfliegen Einsicht gewinnen werden, wie unsere Gene den Schlaf steuern.

Stellen Sie die Uhr zurück

Während bei jeder Änderung der Zeitzone die zirkadianen Rhythmen des Körpers angepasst werden müssen, legen Anekdoten und wissenschaftliche Beweise nahe, dass die Anpassung nach dem West-Ost-Flugverkehr länger dauert. Neue Forschungen zeigen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die "Hauptuhr" des Körpers im Gehirn unterschiedliche molekulare Mechanismen verwendet, um den Zeitgewinn auszugleichen. Wissenschaftler der University of Massachusetts Medical School und der University of Washington lernten dies, indem sie Hamster - einen anderen in der Schlafforschung verwendeten Organismus - Bedingungen aussetzen, die die biologische Uhr vorantreiben oder verzögern. Reisende erleben ähnliche zirkadiane Fortschritte von Westen nach Osten, wenn sie Zeit verlieren, und Verzögerungen bei ihrer Rückkehr, wenn sie Zeit gewinnen. Ein besseres molekulares Verständnis dieses Phänomens könnte die Entwicklung wirksamerer Jetlag-Heilmittel unterstützen.

Verhaltensmuster kanalisieren

Durch die Ermittlung, wie biologische Uhren Schlaf- und Weckzyklen bewirken, könnten Wissenschaftler möglicherweise neue molekulare Ziele für Medikamente zur Behandlung schlafstörungen identifizieren. Ein mögliches neues Ziel ist ein Kaliumkanalprotein, das einen Tunnel durch die äußere Membran der Zelle bildet, um die Übertragung elektrischer Signale zu regulieren. Wissenschaftler der New York University haben sich auf ein Uhr-Gen konzentriert, das ein Fruchtfleisch aus Kalium-Channelin-Früchten herstellt, und entdeckten, dass das Gen in der Abenddämmerung viel aktiver ist als in einer biologischen Uhr. Als die Forscher die Expression des Gens - und damit die Produktion des Kanalproteins und dessen elektrische Aktivität - reduzierten, zeigten die Fliegen in der Dämmerung ein sonnenähnliches Verhalten. Und als die Wissenschaftler die Genexpression erhöhten, verloren die meisten Fliegen Verhaltensrhythmen. Da Fruchtfliegen und menschliche Uhrgene ähnlich funktionieren, erwarten die Forscher, dass Kaliumkanäle eine Rolle bei der Steuerung unserer zirkadianen Verhaltensmuster spielen können.

Erkenntnisse aus der Untersuchung einer einfachen Pflanze können Aufschluss über die Mechanismen saisonaler affektiver Störungen beim Menschen geben.

Erkenntnisse aus der Untersuchung einer einfachen Pflanze können Aufschluss über die Mechanismen saisonaler affektiver Störungen beim Menschen geben.

Bildnachweis: Takato Imaizumi, Universität von Washington

Saisonkalender

Viele Organismen verwenden ihre biologischen Uhren, um Veränderungen in der Saison zu messen. Dieser Prozess ist besonders wichtig für Pflanzen, einschließlich der Pflanzen, die wir ernten, da sie sie im Winter nicht blühen lassen. Jeden Tag am späten Nachmittag exprimieren Pflanzenzellen ein durch Licht aktiviertes Protein namens FKF1, das dann Blühmechanismen aktiviert. Aber wenn die Tage kurz sind und es weniger Nachmittagssonne gibt, wird das Protein nicht aktiviert und die Pflanzen blühen nicht. Forscher der University of Washington fanden diese Erkenntnis in Arabidopsis, einer einfachen Pflanze, die häufig für genetische Untersuchungen verwendet wird.Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass in komplexeren Pflanzen, die als Kulturpflanzen angebaut werden, wie Reis, Weizen und Gerste, dieselben Prozessabläufe - und möglicherweise manipuliert werden können. Die Ermittler glauben, ihre Arbeit könnte auch dazu dienen, zu verstehen, wie Licht das Eiablageverhalten von Hühnern und Zuchtfischen beeinflusst sowie die Mechanismen saisonaler affektiver Störungen beim Menschen.

Dieser Artikel von Inside Life Science wurde WordsSideKick.com in Zusammenarbeit mit dem National Institute of General Medical Sciences, einem Teil der National Institutes of Health, zur Verfügung gestellt.

Mehr erfahren:

Circadian Rhythms Fact Sheet

Ein Licht auf die Rhythmen des Lebens: Profil von Cara Altimus

Auch in dieser Serie:

Wie unsere Körper Zeit halten


Videoergänzungsan: HiPP HiPPiS.




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