Zahnrad der inneren Uhr ist aus Zink

Wechselwirkung von Proteinen und Genen beeinflusst die innere Uhr

27.05.2014

Zink hat einen wesentlichen Einfluss auf die innere Uhr. Das haben Wissenschaftler der Charité – Universitätsmedizin Berlin und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz herausgefunden. Demnach können wichtige molekulare Bindungen nicht zustande kommen, wenn das Spurenelement fehlt. In der Folge gerät die innere Uhr aus ihren Tagesrhythmus. Ihre Ergebnissen veröffentlichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Cell“.

Uhrproteine beeinflussen die innere Uhr
Bei der Regulierung des Tagesrhythmus ist Zink ein unverzichtbares Spurenelement. Fehlt es, können bestimmte molekulare Wechselwirkungen nicht mehr stattfinden. Ein Beispiel sind Langstreckenflüge in andere Zeitzonen oder schlaflose Nächte, die unsere innere Uhr durcheinander bringen. Damit die innere Uhr funktioniert, müssen Proteine und spezifische Ziel-Gene optimal zusammenarbeiten. Ähnlich wie bei einem mechanischen Uhrwerk greifen dabei die einzelnen Komponenten perfekt in einander. So binden sogenannte Uhrproteine zu ganz bestimmten Zeitpunkten aneinander und aktivieren dann wiederum Gene und andere Proteine. „Als Resultat dieser Wechselwirkung entsteht ein circa 24-Stunden-Rhythmus, der unser Schlaf-Wach-Verhalten, aber auch viele andere hormonelle und Stoffwechselprozesse steuert“, heißt es in einer Mitteilung der Charité.

„Das Grundverständnis der Funktionsweise unserer inneren Uhr ist in vielen Lebensbereichen von großer Bedeutung. So ist beispielsweise bei den Volkskrankheiten Krebs und Diabetes bekannt, dass die innere Uhr der Zellen falsch eingestellt ist. Auch die Probleme, die uns ein Jetlag oder Schichtarbeit bereiten, hängen mit der inneren Uhr zusammen. Mit der richtigen Justierung der Uhr kann die Lebensqualität der Betroffenen entscheidend verbessert werden.", erläutert Professor Achim Kramer vom Arbeitsbereich Chronobiologie der Charité.

Zink fungiert als Brücke zwischen den Proteinen der inneren Uhr
Um den Mechanismen der inneren Uhr auf die Spur zu kommen, analysierten die Wissenschaftler die Struktur eines Komplexes, den zwei der Uhrproteine, „Period" (PER) und „Cryptochrome" (CRY), insbesondere nachts miteinander bilden, mittels hochauflösendem Bild. Wie sich herausstellte, beeinflusst dieser Komplex maßgeblich die reibungslosen Abläufe des inneren Uhrwerks. Die Aufnahmen enthüllten, dass ein kleines Zinkion als Brücke für die stabile Bindung zwischen den beiden Proteinen sorgt. Daraus schlossen die Forscher, dass das Spurenelement sehr wahrscheinlich nur unter bestimmten physiologischen Bedingungen vorhanden ist, da die Bindung nicht permanent besteht. So lassen sich die Proteine der inneren Uhr durch Nahrungsaufnahme oder andere äußere Faktoren beeinflussen. Regelmäßige Mahlzeiten tragen auf diese Weise zur Stabilisierung des Tagesrhythmus bei.

„Die Ergebnisse dieser Arbeit erweitern unser Verständnis, wie Umwelteinflüsse auf unsere innere Uhr wirken", berichtet Kramer. Die Wissenschaftler erhoffen sich mit der Analyse der gesamten Struktur des PER/CRY-Proteinkomplexes, die Suche nach neuen Wirkstoffen zur Regulierung der inneren Uhr voranzutreiben und zur Entwicklung neuer Therapieansätze beizutragen. „Perspektivisch sollen Ergebnisse der Forscher bei der Entwicklung von Chronotherapien helfen. Dabei werden Therapeutika zu ganz bestimmten Tageszeiten verabreicht und entfalten somit eine größere Wirkung oder ziehen geringere Nebenwirkungen nach sich“, heißt es in einer Mitteilung.

Bild: Joerg Schaefer / pixelio.de