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Auch Gene folgen einer biologischen Uhr

Samstag 31 März 2018

Achtzig Prozent unserer proteinkodierenden Gene folgen einem Tag-Nacht-Rhythmus, wie Wissenschaftler des Salk-Instituts herausgefunden haben. Diese Erkenntnis könnte sich möglicherweise erfolgreich zur Behandlung von Crohn, IBD und Depressionen einsetzen lassen. Die Studie wurde in Science veröffentlicht.

Wissenschaftler wissen schon lange, dass unsere Gewebe einer biologischen Uhr folgen, die auch als circadianer Rhythmus bezeichnet wird. Nun zeigt eine umfangreiche Studie [1] des Regulatory Biology Laboratory des Salk-Instituts, dass dieser Tag-Nacht-Rhythmus auch für die Transkription unserer Gene gilt (den Prozess des Kopierens von der DNA in die RNA zur Steuerung der Proteinzusammensetzung).

„Dies ist das erste Mal, dass die alltägliche Genexpression so umfassend kartiert wurde“, erklärt der Studienleiter [2]. „Unsere Studie gibt Aufschluss darüber, wie Störungen der biologischen Uhr Krankheiten verursachen können. Darüber hinaus kann sie helfen, die Wirkmechanismen von ca. 150 Erkrankungen wie Depression, Morbus Crohn, IBD und Herzkrankheiten besser zu verstehen und die Behandlung zu optimieren.“

 

Rhythmus der Gene je nach Gewebe unterschiedlich

Mithilfe von RNA-Sequenzierung verfolgten die Forscher 24 Stunden lang die Genexpression in Dutzenden von Affengeweben. Dabei wurde alle zwei Stunden eine Messung durchgeführt. Jedes Gewebe schien Gene zu enthalten, die – in Abhängigkeit vom Zeitpunkt – mehr oder weniger zur Expression gelangten.

Die Anzahl der Gene, die einem Rhythmus folgten, war je nach Gewebe unterschiedlich: von ungefähr zweihundert Genen beispielsweise in der Zirbeldrüse und Lymphknoten bis zu mehr als dreitausend im präfrontalen Cortex. Dabei war auffallend, dass die Gene, die am häufigsten exprimiert wurden, auch die stärkste Rhythmik und Variation aufwiesen.

Weiterhin gelangten offenbar fast 11.000 der 25.000 Gene des Genoms aller Gewebe zur Expression. Vorwiegend Gene, die zumeist Routinefunktionen der Zelle, wie DNA-Reparatur und Energiestoffwechsel regulieren. Davon zeigten 96,6 Prozent in mindestens einem Gewebe einen Tag-Nacht-Rhythmus.

 

Spitzenwerte morgens und nachmittags

In den meisten Geweben traten am frühen Morgen und am späten Nachmittag Höhepunkte in der Genexpression auf. Später am Abend (zur Schlafenszeit) waren die Gene weniger aktiv. Weiterhin stellten die Forscher fest, dass dieses Timing in 82,7 Prozent der proteinkodierenden Gene stattfand, in viel mehr Genen, als sie erwartet hatten.

Das Timing von Genen könnte sich auf die Wirksamkeit von Medikamenten oder Supplementen auswirken: Je nach Zeitpunkt der Einnahme könnte die Genexpression unterschiedliche Auswirkungen auf Resorption, Stoffwechsel und Ausscheidung haben.

 

Ältere Menschen und Schichtarbeit

Diese Studie liefert uns gewissermaßen ein Referenzgenom: eine Übersicht, die Forschern helfen kann, zu klären, wie Störungen im Tag-Nacht-Rhythmus unsere Genexpression beeinflussen, zum Beispiel bei Schichtarbeit. Interessant ist dies auch für die Alternsforschung, da die biologische Uhr mit zunehmendem Alter oft schlechter funktioniert.

Mehr Informationen zu unserem Biorhythmus finden Sie in diesem Artikel der Natura Foundation: Gesundheit steuern mit Zeitgebern.  http://www.naturafoundation.net/?objectID=16313&page=1

 

Literatur

[1] Ludovic S. Mure et al. Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues, Science (2018). DOI: 10.1126/science.aao0318

[2] https://medicalxpress.com/news/2018-02-genes.html

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