13.08.2019 16:45
Quelle: schweizerbauer.ch - sda
Forschung
Biologische Uhr und Zellzyklus «ticken» gemeinsam
Das Leben wird von zwei «Uhren» im Organismus bestimmt: Der biologischen Uhr, die Schlaf- und Wachphasen steuert, und dem Zellzyklus, der Wachstum, Teilung und Lebensdauer der Körperzellen kontrolliert. Forschende berichten nun, dass diese beide Uhren synchronisiert sind.

Die «Innere Uhr» sorgt dafür, dass sich unsere Physiologie an die verschiedenen Tageszeiten anpasst. Wer längerfristig entgegen diesem vom Tag-Nacht-Rhythmus bestimmten Zyklus lebt, zum Beispiel aufgrund von Schichtarbeit, hat ein erhöhtes Risiko für verschiedene Erkrankungen wie Krebs, Diabetes und Depressionen.

Die biologische Uhr tickt dabei nicht etwa an einer zentralen Stelle im Körper, sondern in jeder Zelle: Bestimmte Moleküle sammeln sich im 24-Stunden-Rhythmus an und werden wieder abgebaut.

Forschende um Felix Naef von der ETH Lausanne (EPFL) berichten nun im Fachblatt «Nature Physics», dass die biologische Uhr noch mit einer zweiten grundlegenden Rhythmik des Organismus synchronisiert ist: dem Zellzyklus, also dem Rhythmus, mit dem sich Zellen teilen.

Obwohl beide Rhythmen auf unterschiedlichen Zeitskalen stattfinden - in einem Fall 24 Stunden, im anderen zwischen Minuten und mehreren Stunden - gab es bereits Hinweise, dass sich die beiden Uhren gegenseitig beeinflussen, wie die EPFL am Dienstag mitteilte.

Synchronisierte Pendeluhren

Ebenso wie bei der biologischen Uhr spielen auch Störungen in der Kontrolle des Zellzyklus eine Rolle bei der Entstehung von Krebs, sowie bei Alterungsprozessen. Daraus erklärt sich das Interesse der Forschung an diesen beiden Uhren des Körpers.

Eine zentrale Frage in der Erforschung solcher Rhythmen dreht sich um Synchronisation, ein Phänomen, das der dänische Physiker und Uhrmacher Christian Huygens 1665 entdeckte. Im Krankenbett bemerkte er, dass sich die Pendel verschiedener Wanduhren in seinem Zimmer synchronisierten, was durch Vibrationen in den Holzwänden geschah.

Naef und sein Team berichten nun von starken Hinweisen, dass es solche Synchronisationseffekte auch zwischen Zellzyklus und biologischer Uhr gibt. Sie entwickelten ein mathematisches Modell der beiden gekoppelten Uhren auf der Basis von Zeitrafferaufnahmen von tausenden einzelner Zellen von Mäusen und Menschen, um den Einfluss von «Hintergrundrauschen»und Zufall im System zu prüfen.

Robuste Kopplung

Erstaunlich sei, dass die Synchronisation der beiden Uhren auch Temperaturänderungen standhielt, schrieb die EPFL. Von diesen ist bekannt, dass sie den Rhythmus des Zellzyklus verändern.

Bei der Kopplung der beiden Uhren scheint es sich um einen grundlegenden biologischen Mechanismus zu handeln, da sie nicht nur in menschlichen Zellen aufzutreten scheint, sondern in verschiedenen Spezies.

Die Einzelheiten des Kopplungsmechanismus sind zwar noch unklar, Naef vermutet jedoch, dass die Synchronisation eine physiologische Rolle spielt. «Dies könnte erklären, warum die Uhren verschiedener Körpergewebe zueinander versetzt laufen, ein bisschen wie die Uhren mit verschiedenen Zeitzonen am Flughafen.»

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