Uhrengene ändern sich mit dem Alter 26.02.2017

Vieles in einem lebenden Organismus hängt von zirkadianen Rhythmen ab: Dies ist nicht nur der Wechsel von Schlaf und Wachzustand, sondern auch die Merkmale der Gedächtnisbildung, die Umstrukturierung neuronaler Schaltkreise, Immunität, Stoffwechsel usw. Sowohl Schlaf als auch Immunität und alles, alles , alles wird von einer Vielzahl von Genen gesteuert, und rhythmische Veränderungen sind darauf zurückzuführen, dass viele von ihnen zu verschiedenen Tageszeiten unterschiedlich arbeiten, ihre Aktivität entweder zunimmt oder abnimmt.

Treten jedoch einige Fehlfunktionen in den Rhythmen auf, wenn zum Beispiel Gene zur falschen Zeit zu aktivieren beginnen oder ihre rhythmische Aktivität ganz verschwindet, dann bekommt der Körper ernsthafte Probleme. Es ist beispielsweise bekannt, dass sich aufgrund der verdorbenen "Uhr" neurodegenerative Prozesse entwickeln, der intrazelluläre Stress zunimmt und Stoffwechselprobleme beginnen. Das Gleiche passiert übrigens mit dem Alter, weshalb allgemein angenommen wurde, dass altersbedingte Krankheiten unter anderem durch Störungen in der Regulation des circadianen Rhythmus entstehen.

Die biologische Uhr ändert sich zwar im Laufe des Lebens, aber hier geht es offenbar nicht nur und nicht so sehr um die allgemeine Dämpfung, „Begradigung“ von Rhythmen. Forscher der University of Oregon beschlossen, zu vergleichen, wie sich die Uhr bei Fruchtfliegen mit dem Alter ändert.

Es ist bekannt, dass die Aktivität eines Gens durch die Menge an Boten-RNA (mRNA) bestimmt werden kann, die auf diesem Gen synthetisiert wird. Boten-RNA dient, grob gesagt, als Vermittler zwischen der DNA und den molekularen Maschinen, die Proteine ​​zusammensetzen. Wenn wir einige Details vernachlässigen, können wir im Allgemeinen sagen, dass je mehr mRNA synthetisiert wird, desto mehr Protein wird gewonnen und desto stärker spürt die Zelle die Arbeit des Gens. Die RNA-Synthese wiederum unterliegt verschiedenen Regulatoren, darunter der Mechanismus der zirkadianen Rhythmen. Und wenn wir analysieren, wie sich der Gehalt an Boten-RNA eines bestimmten Gens im Laufe des Tages verändert, dann finden wir heraus, ob das Gen vom Tagesrhythmus abhängt oder nicht.

Die Wissenschaftler verglichen die RNA, die aus verschiedenen Genen in Fruchtfliegen im Alter von fünf und fünfundfünfzig Tagen synthetisiert wurde. (Ein Tag im Leben einer Drosophila entspricht einem Jahr eines menschlichen Lebens, Sie können sich also vorstellen, wie groß der Altersunterschied zwischen diesen Versuchsfliegen war.) Und diese anderen hatten Gene, die einem Tagesplan folgten, aber mit dem Alter haben viele Gene tägliche Aktivitätsänderungen verschwanden, und nur 45 % blieben bei älteren Fliegen "rhythmisch aktiv". Es scheint, dass es eine altersbedingte Abschaltung der biologischen Uhr gibt. Wie die Autoren in Nature Communications schreiben, wurden bei älteren Fliegen jedoch plötzlich andere Gene rhythmisch, die zuvor nicht auf die Anweisungen der inneren Uhr reagiert hatten.

Viele der "späten rhythmischen" Gene waren Anti-Stress-Gene. Sie wirkten nicht nur bei alten Fruchtfliegen, sondern auch bei jungen – dafür mussten Insekten oxidativen Stress arrangieren, indem sie sie in eine Umgebung mit hohem Sauerstoffgehalt brachten. Merkwürdigerweise begannen die Anti-Stress-Gene, wenn sie in jungen Fliegen eingeschaltet wurden, in einem zirkadianen Rhythmus zu arbeiten – das heißt, auf die gleiche Weise, wie sie in alten Fliegen funktionierten. Und wenn bei Drosophila das Uhr-Gen, das als der wichtigste „Uhrmacher“ gilt und von dem die rhythmische Aktivität anderer Gene abhängt, ausgeschaltet wurde, dann funktionierten bei jungen Insekten die Anti-Stress-Gene nicht mehr entsprechend dem Tageszyklus.

Aus den erhaltenen Ergebnissen ergeben sich mehrere wichtige Schlussfolgerungen. Erstens, wie wir bereits gesagt haben, kann nicht argumentiert werden, dass die biologische Uhr mit dem Alter einfach zusammenbricht - die Tatsache, dass einige Gene im Tagesrhythmus irgendwann nicht mehr "aktiv" sind, bedeutet, dass andere ihren Platz in der biologischen Uhr einnehmen. Zweitens, wie sich herausstellte, arbeiten einige Anti-Stress-Gene in einem rhythmischen Modus, unabhängig vom Alter ihres Besitzers. In der Jugend verkraftet der Körper den gleichen oxidativen Stress ohne Mehraufwand, und es ist nur im Extremfall notwendig, die entsprechenden Gene anzuschalten, aber wenn dies passiert, arbeiten sie wieder "durch die Uhr".