Bisher wurden Studien zur Erforschung des zirkadianen Rhythmus in verschiedenen Organen vor allem an Tiermodellen wie der Drosophila und nachtaktiven Arten (insbesondere der Maus) durchgeführt. Diese Tiere haben aber einen ganz anderen Tagesrhythmus und somit ganz andere biologische Uhren.
Daher war es notwendig, Spezies zu untersuchen, die dem Menschen ähnlicher sind. Dazu haben die Forscher die RNA von mehr als 25 000 Genen von 64 Organen und Geweben alle zwei Stunden über vierundzwanzig Stunden in nicht-menschlichen Primaten analysiert. Bei jeder Probe erforschten, quantifizierten und identifizierten sie die in den Zellen vorhandene RNA.
Die Autoren haben herausgefunden, dass 80 Prozent der zyklisch exprimierten Gene für Proteine kodieren, die wesentliche Funktionen des Zelllebens erfüllen (Abfallentsorgung, DNA-Replikation und -Reparatur, Stoffwechsel, usw.). Die Anzahl und die Art der zyklisch exprimierten Gene variieren jedoch stark je nach Gewebe.
Biologische Uhr bei Medikamentengabe beachten
Es gibt etwa 3000 in der Schilddrüse oder im präfrontalen Kortex, aber nur 200 im Knochenmark: weniger als 1 Prozent der „rhythmischen” Gene (rhythmische Aktivität) in einem Gewebe sind ebenfalls in anderen Geweben rhythmisch. Die einzige Gemeinsamkeit zwischen diesen 64 Geweben besteht in den genau definierten Spitzen der Genexpression während des Tages: am späten Morgen und am frühen Abend.
Die erste und wichtigste Expressionsspitze wird zwischen sechs und acht Stunden nach dem Aufwachen mit mehr als 11 000 exprimierten Genen erreicht. Bei der zweiten werden etwa 5000 Genen in den Geweben aktiviert. Über Nacht weisen die Zellen kaum Aktivität auf, insbesondere während der ersten Nachthälfte. 82 Prozent der rhythmischen Gene kodieren Proteine, auf die heute verabreichte Medikamente abzielen oder im Blickpunkt künftiger Behandlungen liegen.
Diese Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, die biologische Uhr zu berücksichtigen, damit Medikamente zur richtigen Tageszeit verabreicht werden, um so die Effizienz zu verbessern und Nebenwirkungen zu reduzieren. Deshalb wollen die Forscher jetzt einen richtigen Atlas vorbereiten, damit Wissenschaftler auf der ganzen Welt das Expressionsprofil jedes einzelnen Gens in den verschiedenen Organen innerhalb eins 24-Stunden-Rhythmus kennen.
Quelle: Wissenschaftliche Abteilung, Französische Botschaft in der Bundesrepublik Deutschland
Originalpublikation: Panda, S. et al.; Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues; Science, 2018; DOI: 10.1126/science.aao0318
