Wie der Nachtschwärmer zum senilen Bettflüchter wird

Der Schlaf- und Wachrhythmus verschiebt sich mit dem Alter kontinuierlich nach vorne – Schweizer Forscher haben sich angesehen, woran das liegt

Der Fachausdruck für die innere Uhr lautet zirkadianer Schrittmacher, sitzt im sogenannten Nucleus suprachiasmaticus des Gehirns und befindet sich in steter Verbindung mit Taktgebern in den Körperzellen. Diesen Rhythmusgebern ist es zu verdanken, dass die meisten Menschen, je nach dem über welche genetischen Grundlagen sie verfügen, entweder als Lerche, sprich: Frühaufsteher, oder als Eule, also Morgenmuffel, durch einen Teil ihres Lebens gehen.

Ab dem 20. Lebensjahr tritt allerdings eine allmähliche Veränderung ein: der Schlaf- und Wachrhythmus verschiebt sich kontinuierlich Richtung früher, bis wir im Alter an der berühmten frühmorgendlichen senilen Bettflucht leiden. Schweizer Wissenschafter sind nun der Frage nachgegangen, welche Faktoren für den Wechsel im Ablauf der inneren Uhr verantwortlich sind. Die Antwort fanden sie im Blut.

„Sklaven-Uhren“ in den Zellen

Biologische Uhren kontrollieren eine Vielzahl tagesrhythmischer Prozesse wie Schlaf, Körpertemperatur, Blutdruck, Hormonausschüttung und Verdauung. Diese Aktivitäten werden von zirkadianen Schrittmachern gesteuert. Diese werden durch das Licht, das durch die Augen einfällt, synchronisiert und kommunizieren mit anderen Uhren, den sogenannten „Sklaven-Uhren“, die in den meisten Zellen unseres Körpers vorkommen.

Diese Zellen stellen die für die zirkadiane Rhythmik (den inneren Rhythmus, die innere Uhr) wichtigen Uhren-Gene dar. Die Uhren-Gene und die von ihnen codierten Proteine wirken in einer komplexen negativen Rückkopplungsschleife zusammen und sie generieren zelluläre molekulare Rhythmen. Ein zirkadianer Rhythmus besitzt eine Periodenlänge von rund 24 Stunden. Die Periodenlänge der inneren Uhr hängt von der genetischen Ausstattung ab. Zudem ist es möglich, Organismen zu züchten, die aufgrund unterschiedlicher Mutationen in Uhren-Genen eine interne Uhr mit längerer oder kürzerer Periodenlänge haben.

Von der Nachteule zum senilen Bettflüchter

Bei Menschen können zwei Hauptkategorien von Chronotypen unterschieden werden: Der Lerchentyp ist frühmorgens frisch und munter, der Eulentyp blüht viel später auf. Interessanterweise verändert sich mit zunehmendem Alter der Chronotypus und die Periodenlänge der inneren Uhr nimmt ab. Ungefähr ab dem 20. Lebensjahr, nachdem während der Pubertät die innere Uhr auf nachtaktiv gepolt war, erfährt sie einen Wendepunkt, indem sie sich dann nach und nach Richtung früher verschiebt bis wir – im Alter – an der berühmten senilen Bettflucht leiden.

Der Frage, warum dieses Phänomen im Alter auftritt, sind nun Wissenschafter von der Universität Basel und der Universität Zürich nachgegangen und haben in einer Studie die molekularen Mechanismen dieser altersabhängigen chronobiologischen Veränderung untersucht. Aufgrund der Tatsache, dass eine zirkadiane Uhr in den meisten unserer Zellen, also auch in peripheren Zellen existiert, wurde eine neue von Brown entwickelte Untersuchungsmethode genutzt, nämlich die Gewinnung und Kultivierung peripherer Zellen einzelner Versuchspersonen, um die molekularen genetischen Eigenschaften der individuellen Uhren bestimmen zu können.

Leuchtende Taktgeber durch Feuerfliegen-Gene

Im Rahmen der Studie wurde 18 jungen (21-30 Jahre) und 18 älteren Versuchspersonen (60-88 Jahre) eine winzige Hautbiopsie entnommen. Die gewonnenen humanen Primärkultursysteme wurden mit einem Gen der Feuerfliege so modifiziert, dass sie Licht (Biolumineszenz) emittieren können. Da die Expression des Feuerfliegengens von einem Uhren-Gen (Bmal-1) kontrolliert wird, kann somit dessen zirkadiane Aktivität visualisiert werden.

Die individuellen rhythmischen Expressionsmuster der Fibroblastenkulturen von jungen und älteren Spendern wurden über 5 Tage erfasst. Somit war es möglich, individuelle zirkadiane Perioden am Menschen ex vivo/in vitro zu analysieren. Die Forscher fanden heraus, dass im Gegensatz zu den gut dokumentierten altersabhängigen Änderungen im Schlafverhalten, die zirkadiane Periodenlänge in Fibroblasten von jungen und älteren Spendern in vitro nicht verändert war.

Faktoren im Blut

Interessanterweise änderte sich dieses Verhalten jedoch, wenn die gleichen Zellen – egal ob „jung oder „alt“ – mit humanem Serum, das von älteren Personen stammte, statt mit Standardserum (FSC) behandelt wurden. In Analogie zu den in-vivo-Daten reagierten die Zellen mit einer Verkürzung ihrer Periodenlänge. Die Verkürzung trat jedoch nicht auf, wenn Serum von jungen Kontrollpersonen verwendet wurde.

Die Studiendaten zeigten damit erstmalig, dass das Zusammenspiel der molekularen Komponenten der inneren Uhr im Alter nicht per se verändert ist. Die Studienmacher/innen vermuten, dass zirkulierende thermolabile Faktoren für die Modulation der zirkadianen Rhythmik im Alter verantwortlich sind. Diese sind hormonellen Ursprungs und könnten damit auch durch pharmakologische Interventionen behandelbar sein.

Abstract
PNAS: Serum factors in older individuals change cellular clock properties