Kleines Ion mit großer Wirkung

Der Schlaf-Wach-Rhythmus wird nicht nur durch den Wechsel von Tag und Nacht, sondern auch durch eine „innere Uhr“ gesteuert. Wesentlich für dieses „Uhrwerk“ sind bestimmte Gene und die von ihnen codierten Proteine, die teils physiologische Prozesse in Gang setzen, teils in das laufende „Uhrwerk“ eingreifen, indem sie bestimmte Gene in bestimmten Phasen des Schlaf-Wach-Rhythmus anschalten. Wichtige „Uhrproteine“, die die Genexpression steuern, sind PER-Proteine (das Kürzel steht für „Periode“) und Cryptochrome (CRY).

Das Spurenelement Zink ist hinsichtlich seiner Bedeutung für essenzielle Stoffwechselprozesse kaum zu überschätzen, weil es an Hunderten enzymatischen Reaktionen beteiligt ist. Nun entdeckten Wissenschaftler an der Charité – Universitätsmedizin Berlin und der Universität Mainz, die mithilfe der Röntgenstrukturanalyse die Bindungsregionen eines CRY-PER-Komplexes der Maus untersuchten, dass sich in diesem Komplex ein einzelnes Zinkion befindet. Sie fanden aber auch CRY-PER-Komplexe ohne dieses Ion, bei denen eine Disulfidbrücke seine Funktion als Bindemittel übernimmt, und stellten fest, dass diese Konformation weniger stabil ist. Daraus schlussfolgerten sie, dass Zink die Funktion des Proteinkomplexes stärkt, was wiederum für die Genexpression im „Uhrwerk“ von Bedeutung ist.

Seit einigen Jahren ist bekannt, dass Cryptochrome, die in der Leber synthetisiert werden, die Gluconeogenese hemmen. Damit hängt zusammen, dass Schichtarbeiter überdurchschnittlich häufig an Typ-2-Diabetes erkranken. Auch an der Entstehung von Krebskrankheiten sollen „Uhrproteine“, die „falsch eingestellt“ sind, d.h. in einer weniger aktiven Konformation vorliegen, beteiligt sein. Die gezielte Substitution von Zink könnte deshalb in Zukunft eine therapeutische Option darstellen. 

Quelle: Schmalen I, et al. Interaction of Circadian Clock Proteins CRY1 and PER2 Is Modulated by Zinc Binding and Disulfide Bond Formation. Cell 2014;157:2013–2015.