Entdeckung der molekularen Mechanismen der Inneren Uhr – Der Nobelpreis in Medizin 2017

Nach meiner gestrigen Ankündigung über die folgende Nobelpreiswoche, möchte ich heute direkt mit dem Nobelpreis für Medizin beginnen – meine Reihenfolge orientiert sich an der Bekanntgabe der Nobelpreisträger aus dem Oktober.

Der Nobelpreis geht zu jeweils einem Drittel an Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young
„for their discoveries of molecular mechanisms controlling the circadian
rhythm“.

Also für ihre Entdeckungen der molekularen Mechanismen der Inneren Uhr.

Im folgenden möchte ich euch die drei Herren kurz vorstellen und vor allem etwas zu ihrer Arbeit sagen, die geehrt wird!

Die Tatsache, dass alle Lebewesen – ganz egal ob Pflanze, Tier oder Mensch – einem inneren Rhythmus folgen, ist schon relativ lange bekannt. Bereits im 18. Jahrhundert experimentierte Jean Jacques d’Ortous de Mairan dazu mit der Mimose. Er fand heraus, dass die Mimose ihre Blätter nach einem Tag-Nacht-Rhythmus auch dann weiter öffnete und schloss, wenn er sie wochenlang in der Dunkelheit stehen ließ. Es musste also einen inneren Impuls geben, der die Pflanze steuerte. In den 1970er Jahren experimentierte dann Ronald Konopka mit der Fruchtfliege dazu, ob er ein Gen isolieren könnte, das die Innere Uhr steuerte. Ihm gelang der Nachweis, dass die Innere Uhr von Genen reguliert wird.

Genau dort setzt die Arbeit von den diesjährigen Preisträgern an: Hall und Rosbash arbeiteten im Jahre 1984 gemeinsam an der Brandeis University in Boston und Young an der Rockefeller University in New York. Allen dreien gelang es, das Gen „Period“ zu isolieren und zu entschlüsseln. Hall und Rosbash konnten danach noch einen weiteren Schritt gehen und fanden heraus, dass das zugehörige Protein* zu „Period“ (PER im folgenden) über die Nacht immer mehr wird und am Tag abgebaut wird. Es oszilliert also tatsächlich in einem 24-Stunden-Rhythmus.

Wie das aber so oft in der Forschung ist, warf diese Erkenntnis noch mehr Fragen auf, als sie beantwortete… Wie entstand diese Oszillation und wie wurde sie sichergestellt? Hall und Rosbash vermuteten, dass PER das Period Gen blockiert und damit einen gleichmäßigen und zyklischen Rhythmus sicherstellte. Bei dieser These gab es allerdings viele weitere ungeklärte Fragen, die schließlich 1994 durch eine Entdeckung von Hall erklärt werden konnten: Er hatte ein zweites Zeit-Gen gefunden, „Timeless“. Dieses Gen liefert den Bauplan für das TIM Protein, was wiederum unentbehrlich für einen normalen zirkadianen Rhythmus ist. Wenn PER und TIM sich verbinden, können sie gemeinsam in den Zellkern gelangen und dort das Period-Gen blockieren. Damit hatten die drei Chronobiologen gemeinsam gezeigt, wie PER und TIM gemeinsam die Schwankung des Proteinlevels steuerten. Young gelang es dann noch ein weiteres Gen zu identifizieren, „Doubletime“, was zu dem Protein DBT gehört. Das Protein DBT seinerseits steuerte die Frequenz der Schwankung.

Was auf molekularer Ebene im Cytoplasma abläuft, veranschaulicht diese Graphik aus der offiziellen Pressemitteilung (vgl. unten).

In den folgenden Jahren konnten noch weitere Proteine gefunden werden, die an der Arbeit und Stabilität der Inneren Uhr beteiligt sind und die Chronobiologie ist zu einem immer wichtigeren und aktuellen Forschungsfeld geworden.

Mehr dazu, was die Innere Uhr ist und wie sie uns täglich begleitet und beeinflusst, gibt es dann im morgigen Artikel!

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Jeffrey C. Hall wurde 1945 in New York geboren. Er machte seinen Doktor in Seattle und war Post Doc am CalTech in Pasadena. Ab 1974 war er an der Brandeis University in Waltham und ab 2002 war er an der University of Maine.
Michael Rosbash wurde 1944 in Kansas City geboren. Er machte seinen Doktor 1970 am MIT in Cambridge, war danach Post Doc an der University of Edinburgh und ab 1974 Mitglied der Fakultät der Brandeis University in Waltham.
Michael W. Young wurde 1949 in Miami geboren. Seinen Doktor machte er an der 1975 an der University of Texas in Austin. Zwischen 1975 und 1977 war er Post Doc an der Stanford University in Palo Alto. Ab 1978 war er dann an der Rockefeller University in New York.

Michael Young, als er gerade herausgefunden hatte, dass ihm der Nobelpreis verliehen wird. Fotografiert von seiner Frau.

Michael Rosbash, als er gerade herausgefunden hatte, dass ihm der Nobelpreis verliehen wird. Fotografiert von seiner Frau.

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Wer sich genauer mit dem Thema auseinander setzen möchte, dem empfehle ich diesen Artikel von der offiziellen Nobelpreisseite oder auch die offizielle Pressemitteilung (aus der ich ebenfalls viele Informationen für diesen Artikel gezogen habe).

* Zu erklären, wie Gene und Proteine genau zusammenhängen, würde hier eindeutig den Rahmen springen, aber das Prinzip ist das folgende: Das Gen enthält eine Art Bauplan nach dem das Protein dann gebaut wird und funktioniert. Aus diesem Grund ist es wichtig, beides zu finden

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