24.6
Nahezu alle lebenden Organismen, von Mikroorganismen bis hin zu Säugetieren, synchronisieren ihre verhaltensbezogenen, biochemischen und physiologischen Prozesse nach dem 24-Stunden-Sonnenzyklus oder der zirkadianen Uhr.
Die zirkadiane Uhr wird in erster Linie von einer bestimmten Maschinerie gesteuert, und bei Säugetieren fungiert der suprachiasmatische Kern im Hypothalamus als Hauptuhr und steuert die zirkadianen Rhythmen im gesamten Körper.
Die meisten Zellen im Körper haben aber auch einen inneren zirkadianen Rhythmus. Ein zyklisches Muster der Expression von Genen in diesen Zellen steuert die zirkadiane Uhr auf Organismusebene.
Die zugrundeliegende Genetik der zirkadianen Rhythmen auf zellulärer Ebene wurde klassischerweise in Drosophila untersucht, wo eine Reihe von Uhrengenen den zirkadianen Rhythmus der Zellen durch eine negative Rückkopplungsschleife regulieren.
Tagsüber heterodimerisieren und aktivieren die Transkriptionsfaktoren Clock und Cycle die Transkription ihrer Zielgene, einschließlich des Perioden-Gens, auch bekannt als Per.
Das Per-Protein dimerisiert mit einem anderen Protein namens Timeless oder Tim. Beide Proteine sind jedoch in Gegenwart von Licht nicht sehr stabil und werden anschließend durch ein Proteasom abgebaut.
Im Laufe des Abends kann sich der stabile Per/Tim-Komplex im Zytoplasma der Zelle ansammeln und dann in den Zellkern translozieren - wo er an das Clock-Cycle-Dimer bindet und es aus der DNA entfernt - wodurch seine transkriptionelle Aktivität gehemmt wird.
Neben dieser negativen Rückkopplungsregulation sind auch andere regulatorische Proteine in der Zelle an der Modulation der Aktivität der Uhr beteiligt.
Zum Beispiel ist Clockwork Orange ein transkriptioneller Repressor, der die Transkriptionsaktivität des Uhrzyklus zusammen mit Per unterdrückt, indem er um die Bindungsstelle auf der DNA konkurriert.
Da der zirkadiane Rhythmus eine wesentliche Rolle bei der Koordination der normalen Körperfunktion spielt, kann jede Störung zu leichten bis schweren Krankheiten führen, einschließlich metabolischer Syndrome und entzündlicher Erkrankungen sowie Krebs.
Die biologische Uhr ist an vielen Aspekten der Regulierung komplexer Physiologie bei allen Tieren beteiligt. 1935 entdeckten die deutschen Zoologen Ha…
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