Dopaminneurone können unsere biologische Uhr regulieren

Forscher haben einige der Gehirnzellen identifiziert, die die innere Uhr unseres Körpers steuern. Die Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse darüber, wie der menschliche Körper auf Jetlag reagiert, und warum es so schwierig ist, die Lieblingsshow auszuschalten und einzuschlafen.
Das Abschalten und Einschlafen kann schwieriger sein, wenn wir uns in einer angenehmen Aktivität befinden, schlägt neue Forschung vor.

Ein Forscherteam der University of Virginia (UVA) in Charlottesville hat sich mit den neurologischen Grundlagen unserer so genannten Body Clock beschäftigt.

Der Ausdruck "biologische Uhr" bezieht sich auf das "Zentrum", das die verschiedenen Gruppen von interagierenden Molekülen steuert, die im gesamten menschlichen Körper vorkommen.

Diese verschiedenen Gruppen werden von einer Hauptuhr gesteuert, die aus Neuronen besteht, die sich in einem Bereich des Gehirns befinden, der als suprachiasmatischer Kern (SCN) bezeichnet wird. Das SCN befindet sich im Hypothalamus des Gehirns und besteht aus mehr als 20.000 Neuronen.

Die neue Forschung identifiziert zusätzliche Neuronen, die eine Schlüsselrolle bei der Regulierung unserer Körperrhythmen spielen. Genauer gesagt, die neue Studie - in der Zeitschrift veröffentlicht Aktuelle Biologie - stellt fest, dass Dopamin-produzierende Neuronen eine direkte Verbindung zum SCN des Gehirns haben.

Dopamin ist ein Neurotransmitter, der die Signalübertragung, das Lernen und die Bewegung steuert. Es hilft auch dem Gehirn, Belohnungen zu verarbeiten und zu erkennen, wann Nahrung oder ein Sexualpartner verfügbar ist.

Obwohl es tiefe biologische Wurzeln hat, wird die Aktivität der Körperuhr auch durch äußere Reize wie Licht und Dunkelheit reguliert.

Die neuen Erkenntnisse könnten den Forschern helfen, besser zu verstehen, wie sich Phänomene wie Jetlag oder Schichtarbeit auf den Körper auswirken, und bessere Therapien für diese Effekte zu entwickeln.

Die Forschung wurde von Ali Deniz Güler geleitet, einem UVA-Professor für Biologie und Neurowissenschaften, dessen Labor die Studie leitete, und der erste Autor des Artikels ist Ryan Grippo, ein Ph.D. Kandidat und Schüler von Prof. Güler.

Untersuchung der Dopamin-Signalgebung bei Mäusen

Grippo und Team untersuchten zwei Gruppen von Mäusen.

Eine Gruppe wurde genetisch modifiziert, um einen unterbrochenen Dopamin-Kreislauf zu haben, und die andere Gruppe wurde als eine normale Kontrollgruppe behalten.

Genauer gesagt, hatte die erste Gruppe von Mäusen die Dopaminrezeptorsignalisierung innerhalb der SCN genetisch abgeklopft - das heißt, es gab keine Kommunikation zwischen Dopaminneuronen im sogenannten ventralen Tegmentalbereich (VTA) des Gehirns und dem SCN.

Als nächstes änderten die Forscher die Lichtzeitpläne der zwei Gruppen von Mäusen um 6 Stunden, wobei sie die Bedingungen des Jetlags neu erzeugten.

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Die genetisch veränderte Gruppe von Mäusen war viel langsamer bei der Anpassung an die Verschiebung im Vergleich zu ihren Kontrollgegenstücken. Dies zeigte den Forschern, dass die Dopamin-Signalgebung zwischen der VTA und dem SCN für die zirkadiane Rhythmusregulation notwendig ist.

Aufgrund der Rolle von Dopamin bei der Verarbeitung von Belohnungen bieten diese Ergebnisse einzigartige Einblicke in die Funktionsweise unserer Körperuhr.

Bezugnehmend auf die Stärken und Grenzen der Studie, sagte Prof. Güler Medizinische Nachrichten heute:

"Wir haben sowohl genetische als auch Aktuatortechnologien verwendet, mit denen wir die Expression des Dopaminrezeptors, der im [SCN] exprimiert wird, sowie die Aktivität der Neuronen, die den Rezeptor spezifisch exprimieren, kontrollieren können. Dieser vielschichtige Ansatz ist erlaubt uns, um die lang ersehnte Verbindung aufzudecken, die vorher verpasst wurde. "

Der Forscher stellte jedoch fest, dass mehr Arbeit benötigt wird, um "die genaue ethologische Bedeutung dieser Verbindung sowohl im Modellsystem der Studie (Maus) als auch in anderen Säugetieren" zu bestimmen.

"Belohnungsaktivitäten" beeinflussen die Körperuhr

Die neue Studie könnte helfen zu erklären, warum es besonders schwierig scheint, früh ins Bett zu gehen, wenn wir unsere Lieblingsfernsehsendung anschauen. Wie Prof. Güler erklärt:

Dies zeigt, dass, wenn wir lohnende Aktivitäten wie Essen durchführen, wir unbeabsichtigt unsere biologischen Rhythmen beeinflussen [...]. Wir haben vielleicht die fehlende Verbindung gefunden, wie sich die angenehmen Dinge und das circadiane System gegenseitig beeinflussen. "

Prof. Ali Deniz Güler

Prof. Güler kommentiert die Bedeutung der Ergebnisse weiter:

"Wissenschaftler arbeiten seit Jahrzehnten daran, dem zirkadianen System des Körpers zu helfen, sich mit variablen Arbeits- und Ernährungsplänen und Flügen über mehrere Zeitzonen hinweg zu synchronisieren."

"Obwohl angenommen wurde, dass das circadiane System und das dopaminerge System interagieren, war die Natur dieser Wechselwirkung bis zu unserer Entdeckung ziemlich schwer fassbar", sagte Prof. Güler MNT.

"Diese Verbindung zwischen Dopamin-produzierenden Neuronen und dem zirkadianen Zentrum zu finden, erlaubt es uns, diese Neuronen mit Therapien zu behandeln, die vor allem für Reisende und Schichtarbeiter und möglicherweise für Menschen mit Schlaflosigkeit eine Erleichterung der Symptome bedeuten könnten", sagt er.

Prof. Güler hofft nicht nur, dass die Ergebnisse zu neuen Medikamenten für diese Pathologien führen werden, sondern er glaubt auch, dass die Ergebnisse Einblicke in eine ganze Reihe anderer Bedingungen bieten.

"Wir glauben, dass wir einen neuen Einblick haben, wie circadianes Systemverhalten, wie Schlafstörungen, durch dopaminerge Pathologien wie Parkinson, ADHS etc. beeinflusst wird. Wir sind auch daran interessiert zu verstehen, wie das circadiane System diese Pathologien beeinflusst", so der leitende Forscher sagte uns.