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Body Clock steuert mit einfachen Mechanismus aufwachen und schlafen gehen
Nach mehr als einem Jahrzehnt haben ein Forscher und seine Kollegen endlich den Mechanismus entdeckt, wie die biologische Uhr eines Tieres es aufweckt und zum Einschlafen bringt.
Die Forscher glauben, dass, weil der Mechanismus in Mäusen identifiziert wurde, es auch wahrscheinlich in Menschen existiert.
Die Ergebnisse der Studie, veröffentlicht in Zelle, könnte schließlich zu neuen Medikamentenzielen zur Behandlung von Störungen führen, die mit Körperuhrproblemen zusammenhängen, wie zum Beispiel Jetlag.
Hauptautor Matthieu Flourakis und seine Kollegen entdeckten, dass der Mechanismus der Schlaf-Wach-Zyklus-Kontrolle bei Fruchtfliegen und Mäusen derselbe war.
"Es ist erstaunlich, den gleichen Mechanismus für die Kontrolle des Schlaf-Wach-Zyklus bei einem Insekt und einem Säugetier zu finden", sagt er. "Mäuse sind nachtaktiv, und Fliegen sind tagaktiv oder aktiv während des Tages, aber ihre Schlaf-Wach-Zyklen werden auf die gleiche Weise gesteuert."
Die Reise zu dieser Entdeckung begann vor 15 Jahren, als der leitende Autor Dr. Ravi Allada, ein Neurowissenschaftler an der Northwestern University in Evanston, Illinois, eine mutierte Fruchtfliege untersuchte.
"Unser Ausgangspunkt für diese Forschung war, dass mutierte Fliegen einen Natriumkanal vermissen, der stockend ging und schlechte zirkadiane Rhythmen hatte", erklärt Dr. Allada. "Es hat lange gedauert, aber wir konnten in dieser Arbeit in einer Studie über zwei Arten alles zusammenziehen - Genomik, Genetik, Verhaltensstudien und elektrische Messungen der Neuronenaktivität."
Das Bedürfnis nach Schlaf wird durch ein Körpersystem erzeugt, das als Schlaf / Wach-Homöostase bekannt ist. Dieses System hilft auch, während der Nacht einzuschlafen, um die Anzahl der während des Tages aufgeweckten Stunden auszugleichen.
Zellen im Gehirn, die als zirkadiane Neuronen bekannt sind, sind für den Schlaf-Wach-Zyklus verantwortlich. In der neuen Studie entdeckten die Forscher, dass ein einfacher Oszillationsmechanismus in diesen Neuronen das Wach- und Schlafbedürfnis auslöste.
Zu Beginn der Studie stellte Flourakis die Frage, ob sich die zirkadianen Neuronen der Mutante im Laufe des Tages veränderten. Das Team fand heraus, dass die Neuronen am Morgen sehr aktiv waren, am Abend aber sehr wenig. Ihr nächster Schritt war herauszufinden, warum.
Ein Mechanismus, der über mehrere hundert Millionen Jahre Evolution hinweg erhalten geblieben ist
Die Forscher fanden dann heraus, dass hohe Natriumkanalaktivität am frühen Tag dazu führte, dass die zirkadianen Neuronen mehr feuern und das Tier aufweckten. Im Gegensatz dazu machte eine hohe Kaliumkanalaktivität später am Tag die Neuronen weniger aktiv, was das Tier zum Schlafen brachte.
Da dieser Mechanismus zwei getrennte "Pedale" hat, bezeichnen die Forscher ihn als "Fahrradmechanismus". Diese zwei Pedale oszillieren über einen Zeitraum von 24 Stunden auf und ab und steuern, wenn die Körperuhr der Kreatur sagt, dass sie aufwachen oder schlafen gehen soll.
Nachdem der Fahrradmechanismus eingerichtet worden war, wollten die Forscher herausfinden, ob er in einem Tier vorhanden war, das dem Menschen ähnlicher ist als die Fruchtfliege. Um dies zu überprüfen, untersuchten sie den suprachiasmatischen Kern der Maus - ein Bereich des Gehirns, der aus 20.000 Neuronen besteht, der seine Körperuhr steuert.
Sie waren überrascht zu entdecken, dass die Natrium- und Kaliumströme auf dieselbe Weise im Gehirn der Maus aktiv waren. Dr. Allada beschreibt die Auswirkungen der Entdeckung bei Mäusen:
"Dies deutet darauf hin, dass der zugrunde liegende Mechanismus, der unseren Schlaf-Wach-Zyklus steuert, uralt ist. Dieser Oszillationsmechanismus scheint über mehrere hundert Millionen Jahre der Evolution konserviert zu sein. Und wenn er in der Maus ist, ist er wahrscheinlich auch bei Menschen."
Das Team glaubt, dass Menschen, wenn sie ein besseres Verständnis für diesen Fahrradmechanismus entwickeln, in der Lage sein werden, ihre Körperuhren in Zukunft an ihre Situation anzupassen - eine Entwicklung, die unter Tausenden von Schichtarbeitern willkommen wäre außerhalb der traditionellen Arbeitszeiten.
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