Wie das Licht die innere Uhr stellt

Fast alle Lebewesen, vom Einzeller bis zum Säugetier, verfügen über innere Uhren, die wichtige biologische Prozesse rhythmisch steuern. Diese Rhythmen sind genetisch festgelegt, können aber von äußeren Faktoren beeinflusst werden. So nutzen die meisten Tierarten Licht als Signal, um ihre zirkadianen Rhythmen an den Tag-Nacht-Wechsel ihrer Umwelt anzupassen. Wie genau dies vonstatten geht, haben jetzt Karlsruher Wissenschaftler untersucht.

Um die zirkadianen Uhren bei Wirbeltieren zu untersuchen, verwendeten sie den Zebrafisch als Modellorganismus und setzten Gewebezellen des Zebrafisches dem Licht aus. Das führt dazu, dass die Zellen ihre inneren Uhren synchronisieren und schließlich alle im selben Takt schlagen. Licht führt in den meisten Zelltypen des Zebrafischs die Expression einer Reihe von Genen herbei; unter ihnen sind bestimmte Uhrengene. Um den Schlüsselvorgang aufzuklären, der Licht und Genexpression verbindet, konzentrierten sich die Forscher auf das Uhrengen "period2" des Zebrafischs. Innerhalb des genetischen Regulationsbereichs, des so genannten Promoters, identifizierten die Wissenschaftler ein lichtempfindliches Modul (LRM - Light Responsive Module), das allein für die lichtgesteuerte Genexpression erforderlich ist. Dieses Modul ist auch in den period2-Genen weiterer Wirbeltiere, die nur sehr begrenzt über lichtempfindliche Gewebe verfügen, in hohem Maße erhalten. Überdies kann das menschliche LRM das Zebrafisch-LRM ersetzen und dessen Funktion übernehmen.

Das LRM enthält Verstärkersequenzen, so genannte Enhancer, die für seine Funktion wesentlich sind. Einer dieser Verstärker ist Ziel der Uhreneinstellung; ein anderer regelt die lichtgesteuerte Genexpression. Die Erkenntnisse der Forscher erweitern das Verständnis der lichtgesteuerten Synchronisation innerer Uhren sowie der Entwicklung der lichtgesteuerten Expression von Uhrengenen in Wirbeltieren.

Quelle: Vatine, G., et al.: PLoS Biology, Volume 7 (10), Online-Publikation e1000223.