Monozyten (blau)
Das Versagen der biologischen Uhr führt zur Entwicklung einer chronischen Entzündung und kann Multiple Sklerose hervorrufen. In einem in Nature Communications veröffentlichten Artikel zeigten die Forscher, dass das Abschalten von BMAL1 – dem Hauptprotein, das den zirkadianen Rhythmus steuert – in angeborenen Immunzellen dazu führt, dass die Zellen beginnen, entzündungsfördernde Moleküle zu produzieren. Dies führt zur Aktivierung pathogener T-Lymphozyten. Solche Zellen sind in der Lage, das Gehirn zu durchdringen und die Zerstörung der Myelinscheide der Nerven zu provozieren.
Störungen des zirkadianen Rhythmus (Body Clocks) können zu einer Vielzahl von Störungen führen, von Fettleibigkeit bis hin zu Krebs. Insbesondere die normale Funktion des Immunsystems wird durch die periphere intrazelluläre Uhr reguliert. Eine Störung ihrer Arbeit beispielsweise in Monozyten - im Blut zirkulierenden Zellen einer unspezifischen Immunantwort - führt dazu, dass Zellen aktiv in Gewebe eindringen und proinflammatorische Interleukine (Signalmoleküle) produzieren.
Dieser Effekt zeigt sich nicht nur auf zellulärer Ebene – Menschen, die Nachtschichten arbeiten, und Reisende, die häufig lange Flüge unternehmen, haben bekanntlich ein erhöhtes Risiko für Krankheiten, die mit chronischen Entzündungen einhergehen. Junge Menschen, die im Schichtdienst arbeiten, erkranken häufiger im Erwachsenenalter an Multipler Sklerose.
Forscher des Trinity College Dublin unter der Leitung von Annie Curtis haben den Mechanismus hinter dieser Beziehung aufgeklärt. Die Experimente wurden an Mäusen durchgeführt, die anfällig für die Entwicklung einer autoimmunen Enzephalomyelitis (ein Modell der Multiplen Sklerose) waren. In Immunzellen der myeloischen Linie (Zellen unspezifischer Immunität, die aus dem Knochenmark stammen) – Monozyten, Makrophagen und Granulozyten – war das BMAL1-Protein ausgeschaltet. Dieses Protein, gepaart mit dem CLOCK-Protein, ist das wichtigste "Zahnrad" der biologischen Uhr. Periodische Schwankungen der BMAL1-CLOCK-Zellkonzentration bestimmen die Schwankungen in der Expression von Tausenden von Genen.
Das Abschalten von BMAL1 in myeloischen Zellen führte zu einer erhöhten Produktion der letzteren proinflammatorischen Interleukin IL-1β und Interferon-γ. Mutierte Monozyten begannen, die Blut-Hirn-Schranke in das Gehirn und das Rückenmark zu durchdringen. Die Freisetzung von proinflammatorischen Mediatoren durch Zellen unspezifischer Immunität führte zum Auftreten von pathogenen T-Lymphozyten, die begannen, die Zellen ihrer eigenen Umgebung anzugreifen. Infolgedessen nahmen die Häufigkeit von Hirnentzündungen und die Schwere der Entzündung bei Mäusen signifikant zu.
So führte die Störung der biologischen Uhr zu einer Fehlfunktion der angeborenen und erworbenen Immunität und zur Entwicklung einer Autoimmunerkrankung, in diesem Fall der Multiplen Sklerose.
Für die Erforschung der den circadianen Rhythmen zugrunde liegenden Mechanismen wurde dieses Jahr der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin verliehen. Lesen Sie mehr über die Funktion und Geschichte der Entdeckung des BMAL1-Proteins in unserem Material zu dieser Veranstaltung.
Wir sagten auch, dass die biologische Uhr eine wichtige Rolle bei den Regenerationsprozessen des Körpers spielt. Zum Beispiel war eine Herzoperation tagsüber erfolgreicher als eine morgendliche Operation, und Wunden am Tag heilen schneller als nachts.
