Ein Enzym gibt den Takt Ihrer inneren Uhr vor
Die innere Uhr tickt wie ein Uhrwerk – doch dieses Uhrwerk geht nur dann genau, wenn ein bestimmtes Enzym am richtigen Ort sitzt. Neue Erkenntnisse zeigen präzise, wie das funktioniert.
Der zirkadiane Rhythmus, der biologische Tag-Nacht-Zyklus der Zellen, wird durch eine Rückkopplungsschleife aus Proteinen angetrieben. Im Mittelpunkt dieser Schleife stehen die Proteine PER und CRY, die am Abend produziert und in der Nacht wieder abgebaut werden. Dieser Zyklus stellt die biologische Uhr. Doch der genaue Zeitpunkt des Abbaus hängt maßgeblich von einem Enzym namens CK1-delta ab. Forschende haben im Fachjournal eLife neue Erkenntnisse darüber veröffentlicht, wie dieses Enzym im Zellkern arbeitet.
Das Enzym funktioniert nur im gebundenen Zustand
CK1-delta ist im Zellkern instabil, solange es frei vorliegt: Es wird rasch abgebaut oder aktiv aus dem Kern transportiert. Erst wenn es an ein PER-Protein gebunden ist, verweilt es lange genug im Zellkern, um seine Funktion zu erfüllen. Die Forschenden zeigten, dass CK1-delta die Verbindung zwischen PER2 und CRY1 aufbrechen kann, indem es PER2 phosphoryliert – also chemisch durch eine Phosphatgruppe verändert. Dadurch wird CRY1 freigesetzt und wandert zurück in den Zellkern, wo es die Uhraktivität unterdrückt.
Dieser Mechanismus erklärt, wie die biologische Uhr fließend von der frühen in die späte repressive Phase übergeht – ein Übergang, der bislang schwer zu erklären war. In dieser Phase häuft sich PER2 im Zytosol der Zelle an, während CRY1 im Zellkern aktiv bleibt.
Was bedeutet das für Alterung und Schlaf?
Mit zunehmendem Alter verlieren zirkadiane Rhythmen an Robustheit. Der Schlaf wird flacher, die Rhythmen unregelmäßiger. Wenn die Regulation von CK1-delta nachlässt, kann sich der zeitliche Ablauf der PER-CRY-Schleife verschieben. Die vorliegende Studie liefert dafür einen mechanistischen Erklärungsrahmen, auch wenn die Forschenden selbst noch keine Schlussfolgerungen zum Thema Alterung ziehen – das bleibt ein Feld für künftige Untersuchungen. Die Ergebnisse bieten jedoch einen konkreten Ansatzpunkt für die Entwicklung von Wirkstoffen, die die innere Uhr stabilisieren könnten.