BO Ook Genen Volgen Een Biologische Klok

Auch Gene folgen einer biologischen Uhr

Mittwoch 05 Mai 2021

Achtzig Prozent unserer proteincodierenden Gene folgen einem Tag-Nacht-Rhythmus, fanden Wissenschaftler des Salk Institute for Biological Studies heraus. Diese Erkenntnis kann möglicherweise eine Lösung bei der Behandlung von Morbus Crohn, Reizdarmsyndrom und Depressionen bieten. Die Studie wurde in Science veröffentlicht.

Wissenschaftler wissen schon länger, dass unser Gewebe eine biologische Uhr hat, auch zirkadianer Rhythmus genannt. Diese umfangreiche Studie zeigt, dass der Tag- und Nachtrhythmus auch für die Transkription unserer Gene gilt (der Prozess des Kopierens von DNA in RNA, um den Zusammenbau von Proteinen zu steuern) [1].

Dies ist das erste Mal, dass die tägliche Genexpression so umfassend erfasst wurde, sagt der leitende Wissenschaftler [2]. Die Studie gibt Aufschluss darüber, wie die Störung der biologischen Uhr Krankheiten verursachen kann. Sie kann auch dazu beitragen, die Wirkmechanismen von rund 150 Erkrankungen wie Depressionen, Morbus Crohn, Reizdarmsyndrom und Herzerkrankungen zu verstehen und deren Behandlung zu optimieren.

Der Rhythmus der Gene ist je nach Gewebe unterschiedlich

Mittels RNA-Sequenzierung verfolgten die Wissenschaftler 24 Stunden lang die Genexpression in Dutzenden von Geweben von Affen. Dabei wurde alle zwei Stunden eine Messung durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass jedes Gewebe Gene enthält, die je nach Tageszeit mehr oder weniger exprimiert werden.

Die Anzahl der Gene, die einem Rhythmus folgten, variierte pro Gewebe: von etwa zweihundert Genen in der Epiphyse und den Lymphknoten, zum Beispiel, bis zu mehr als dreitausend im präfrontalen Cortex. Es war auffallend, dass die Gene, die am meisten exprimiert wurden, auch den größten Rhythmus und die größte Variation aufwiesen.

Außerdem wurde festgestellt, dass fast 11.000 der 25.000 Gene im Genom in allen Geweben exprimiert werden. Diese Gene regulieren in der Regel Routinefunktionen in der Zelle, wie z. B. die DNA-Reparatur und den Energiestoffwechsel. Von diesen hatten 96,6 Prozent in mindestens einem Gewebe einen Tag-Nacht-Rhythmus.

 Spitzen am Morgen und am Nachmittag

In den meisten Geweben gab es am frühen Morgen und am späten Nachmittag eine Spitze in der Genexpression. Später am Abend (gegen die Schlafenszeit) wurden die Gene weniger aktiv. Dieses Timing fand in 82,7 Prozent der proteincodierenden Gene statt, fanden die Wissenschaftler heraus, was weit mehr ist, als sie zuvor erwartet hatten.

Das Timing von Genen könnte sich auf die Wirksamkeit eines Medikaments oder Nahrungsergänzungsmittels auswirken: Je nach Zeitpunkt der Einnahme kann die Genexpression Absorption, Metabolismus und Ausscheidung unterschiedlich beeinflussen.

Ältere Menschen und Schichtarbeit

Diese Studie hat eine Art Referenzgenom hervorgebracht: eine Übersicht, mit deren Hilfe Forscher klären können, wie sich Störungen im Tag-Nacht-Rhythmus auf unsere Genexpression auswirken, zum Beispiel bei Schichtarbeit. Außerdem ist sie für Studien mit älteren Menschen interessant, da die biologische Uhr im Alter oft gestört wird.

Quellenangabe

[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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