Zentrales Uhrwerk

Wie innere Uhren miteinander kommunizieren

Eine Vielzahl innerer Uhren steuert das Leben von Tier und Mensch. Ob und wie diese untereinander in Verbindung stehen, ist ein Rätsel. Eine neue Studie zeigt jetzt: Bisweilen gibt ein zentrales Uhrwerk den Takt vor.

PTTH Neurone verbinden die zentrale Uhr

PTTH Neurone (grün) verbinden die zentrale Uhr (magenta) des Gehirns mit der peripheren Uhr der Prothorakaldrüse. | AG Wegener

Egal, ob Fliege, Maus oder Mensch: Innere Uhren geben jedem Tier den Takt vor. Die Vorstellung von dem einen, zentralen Uhrwerk, das sämtliche Vorgänge im Körper zeitlich diktiert, trifft allerdings nicht zu. Stattdessen finden sich in den meisten Organismen eine Vielzahl innerer Uhren – eine zentrale im Gehirn und viele periphere in den Organen und Systemen.

Viele ungeklärte Fragen

Wie diese Uhren miteinander kommunizieren, wie sie sich untereinander koordinieren und ob die zentrale Uhr allen anderen die Zeit verbindlich vorgibt: Diese Fragen sind bislang größtenteils ungeklärt. Ein internationales Wissenschaftlerteam der Universität Würzburg und der Universidad de Valparaiso (Chile) hat jetzt allerdings bei der Taufliege den Kopplungsweg zwischen einer zentralen und peripheren Uhr aufgeklärt und experimentelle Beweise für das sogenannte „Zwei-Oszillatoren-Modell“ mit einer „Master“- und vielen „Slave“-Uhr erbracht.

Verantwortlich für den Würzburger Teil der Studie waren Christian Wegener, Professor für Neurogenetik am Biozentrum der Uni Würzburg, und seine Mitarbeiterin, die Postdoc Mareike Selcho, sowie die Doktoranden Franziska Ruf und Jiangtian Chen und der Student Gregor Bergmann.

Ein Hormon gibt das Signal zum Schlüpfen

„Wir haben uns in dieser Studie auf den neuronalen Weg konzentriert, der die innere Uhr im Gehirn der Taufliege mit einer peripheren Uhr in einer Steroidhormon-produzierenden Drüse, der sogenannten Prothorakaldrüse, verbindet“, erklärt Christian Wegener. Was diese Drüse so interessant macht: Sie produziert das Hormon Ecdyson und gibt damit das Signal zum „Erwachsen-Werden“ der Taufliege, sprich: Sie definiert den Moment, in dem die Fliege schlüpft. Dies Schlüpfen folgt einem strikten Terminplan: Es geschieht in der Regel nur in den frühen Morgenstunden eines Tages.

Ähnlich wie beim Menschen

Und noch ein Aspekt macht diesen Weg und diese Drüse aus Sicht der Wissenschaft so spannend: „Es gibt ein vergleichbares System beim Menschen, das ähnlich funktioniert“, sagt Mareike Selcho. Die Stelle der Prothorakaldrüse nimmt hier die Nebennierenrinde ein. Und statt Ecdyson schüttet diese Glukokortikoide aus, denen eine wichtige Rolle bei der Synchronisation der Säuger-Uhren zugesprochen wird. Ist diese Synchronisation beim Menschen dauerhaft gestört, können sich verschiedene Krankheiten entwickeln, angefangen bei Depressionen über Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems bis zu Stoffwechselstörungen.