Feinmechanik im Gehirn

Welche molekularen Mechanismen hinter dem Jetlag stecken, haben Forscher am Max-Planck-Institut für experimentelle Endokrinologie Hannover und am Baylor College of Medicine in Houston, USA, herausgefunden. Die Forscher konnten zeigen, dass Lichtsignale und Zeitverschiebungen über so genannte Period-Gene an die inneren Uhr weitergegeben werden. Die Ergebnisse wurden im Journal for Biological Rhythms veröffentlicht.

Schon vor einigen Jahren fanden Wissenschaftler im Erbgut von Menschen und Mäusen so genannte Uhren-Gene, die für die Periodizität zuständig sind. Diese Period-Gene (Per1 und Per2) sind auch die „Stellrädchen“, die die innere Uhr an Zeitumstellungen anpassen.

Um die genauen Mechanismen aufzuklären, arbeiteten die Forscher mit Mäusen, bei denen die Period-Gene gezielt ausgeschaltet worden waren. Sie setzten sie unterschiedlichen Lichtverhältnissen aus und maßen ihre (Laufrad-)Aktivität. Sobald das Licht ausgeht, beginnen die nachtaktiven Säuger zu rennen. Gibt man nun Lichtpulse in der frühen oder in der späten Nacht, stellen die Mäuse sich in ihrem Zyklus um: Ihre innere Uhr reagiert auf das Signal von außen.

Es zeigte sich, dass die Per-Gene bei diesem Vorgang die Funktion von Regulatoren haben. Während Per1 die innere Uhr nach vorn verstellt, verursacht Per2 eine Verschiebung nach hinten. Gibt man den Lichtpuls beispielsweise in der frühen Nacht, denken die Tiere, der Tag sei länger und dementsprechend werden sie in der nächsten Nacht später aktiv. Ein Lichtpuls gegen Morgen aber verschiebt die Uhr nach vorn.

Die Gene Per1 und Per2 spielen demnach eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, den Organismus an einen neuen Tagesrhythmus zu gewöhnen. Der Jetlag nach Langstreckenflügen ist dabei nur ein Beispiel für die Bedeutung der Synchronisation zwischen äußerer Zeit und innerer Uhr. Wichtig sind diese Befunde auch für Probleme bei Schichtdienst, für Winterdepression und Syndrome wie das der vorverlagerten oder verzögerten Schlafphase. Hier könnten die Forschungen zu neuen Behandlungsansätzen führen. Bei Patienten, die am Syndrom der vorverlagerten Schlafphase leiden, wurde vor kurzem ein defektes Per2-Gen entdeckt. Dies ist ein Beweis für die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Menschen.

Die Uhren-Gene werden ständig in Proteine umgesetzt, bis ein bestimmtes Maß erreicht ist. Dann blockieren die Proteine ihre eigene Produktion und werden abgebaut. Dieser Kreislauf dauert eigentlich 25 Stunden, doch das Tageslicht sorgt dafür, dass die inneren Räderwerke immer wieder ein wenig nachgestellt werden und so mit der Außenwelt und dem 24-Stunden-Zyklus synchron laufen.