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Chronobiologie … und Genetik Quelle  u.a .
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Was geschieht? <ul><li>Die beiden Proteine lagern sich bei genügend hoher Konzentration aneinander und bilden Komplexe </l...
Bildlich: Wenn viel vorhanden, dann … TIM PER Diese wandern in den Zellkern … … bilden sie Komplexe. … schalten die Gene a...
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Was aktiviert eigentlich die Gene  per  und  tim  am Anfang des Zyklus?  <ul><li>Ein Gen – getauft c lock  (&quot;Uhr&quot...
Bei Mäusen: Translation Transkription CLOCK (Protein/Transkriptionsfaktor) Transkription Translation PER =  clock Gen X
Bei Fliegen: + wenn: dann: X =  clock Gen =  cycle Translation Translation TIM PER Translation Transkription von clock Tra...
…  und wie funktioniert die „innere Uhr“? <ul><li>die „inneren Uhren“ von Maus und Taufliege steuern das Timing von Verhal...
 
Abb. 1: Phasenkarte des Menschen <ul><li>Chronobiologische Werte frequenzsynchronisierter (24 h) circadianer Rhythmen des ...
Zwei innere Uhren? <ul><li>Forscher vermuten, dass es mindestens zwei innere Uhren gibt:  </li></ul><ul><ul><li>Die erste ...
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Genregulation Chronobiologie

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Genregulation am Beispiel der Chronobiologie

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Genregulation Chronobiologie

  1. 1. Chronobiologie … und Genetik Quelle u.a .
  2. 2. Beteiligte Gene (bei Drosophila) <ul><li>per (für period) auf dem X-Chromosom </li></ul><ul><li>tim (für timeless) auf Chromosom 2 </li></ul><ul><li>produzieren (im Cytoplasma) die Proteine </li></ul><ul><li>PER </li></ul><ul><li>TIM </li></ul><ul><li>… wenn es dunkel wird </li></ul>
  3. 3. Ablauf: X = per(iod) = tim(eless) Translation PER TIM Gene: Proteine: Es wird dunkel, dann … Chromosom 2: X-Chromosom: Transkription Zellkern Cytoplasma und
  4. 4. Was geschieht? <ul><li>Die beiden Proteine lagern sich bei genügend hoher Konzentration aneinander und bilden Komplexe </li></ul><ul><li>Diese Komplexe dringen in den Zellkern ein und schalten dort ihre Gene (deren Produktion der m-RNA) ab </li></ul><ul><li>Enzyme bauen die PER-TIM-Komplexe wieder ab </li></ul>
  5. 5. Bildlich: Wenn viel vorhanden, dann … TIM PER Diese wandern in den Zellkern … … bilden sie Komplexe. … schalten die Gene ab … … und werden von Enzymen abgebaut X x x
  6. 6. Timelag <ul><li>TIM-Protein verschwindet bei (künstlichem) Wechsel von dunkel nach taghell (innerhalb von Minuten) </li></ul><ul><ul><li>verschwindet, wenn Wechsel von 20 Uhr (dunkel) nach 17 Uhr (hell) erfolgt </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>… wird aber wieder gebildet, wenn es danach dunkel wird </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>„ Innere Uhr“ wird kurz angehalten, tickt dann aber wie neue Zeitzone </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>verschwindet, wenn Wechsel von 4 Uhr nachts nach 7 Uhr morgens erfolgt </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>… und bleibt weg (weil ja dann der Tag folgt) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>„ Innere Uhr“ wird vorgestellt </li></ul></ul></ul>
  7. 7. Wenn es hell wird: TIM PER X x x Wenn viel vorhanden, dann … Diese wandern in den Zellkern … … bilden sie Komplexe. … schalten die Gene ab … … und werden von Enzymen abgebaut
  8. 8. Wenn es dunkel wird: PER TIM Proteine: X = per(iod) = tim(eless) Gene: Chromosom 2: X-Chromosom: Zellkern Cytoplasma Transkription Translation
  9. 9. tim -Boten-mRNA <ul><li>Konzentration ist </li></ul><ul><ul><li>gegen 20 Uhr am höchsten </li></ul></ul><ul><ul><li>zwischen 6 und 8 Uhr am tiefsten </li></ul></ul><ul><li>das Licht des vorverschobenen Tagesanbruchs eliminiert vorhandenes TIM-Protein, und der nächste neue Produktions-Zyklus kann daher früher beginnen. </li></ul>
  10. 10. <ul><li>Bei Mensch und Maus gibt es Gegenstücke des per- und tim-Gens </li></ul><ul><li>Beide Gene sind im suprachiasmatischen Kern (SCN) im Gehirn aktiv. </li></ul>
  11. 11. Was aktiviert eigentlich die Gene per und tim am Anfang des Zyklus? <ul><li>Ein Gen – getauft c lock (&quot;Uhr&quot;) – codiert einen Transkriptionsfaktor; dieses CLOCK-Protein heftet sich an die Erbsubstanz, um deren Abschreiben in Boten-RNA in Gang zu setzen </li></ul><ul><li>das CLOCK-Protein dockt bei Mäusen gezielt ans per -Gen an (dadurch wird per transkribiert) </li></ul><ul><li>in Fliegen kooperiert dieses CLOCK-Protein mit einem anderen Protein von einem Gen namens cycle (&quot;Zyklus&quot;): es heftet sich mit ihm an die Gene per und tim und aktiviert sie – jedoch nur dann, wenn sich gerade keine PER-TIM-Komplexe im Zellkern befinden </li></ul>
  12. 12. Bei Mäusen: Translation Transkription CLOCK (Protein/Transkriptionsfaktor) Transkription Translation PER = clock Gen X
  13. 13. Bei Fliegen: + wenn: dann: X = clock Gen = cycle Translation Translation TIM PER Translation Transkription von clock Transkription von cycle Transkription von per Transkription von tim CLOCK (Protein) CYCLE (Protein)
  14. 14. … und wie funktioniert die „innere Uhr“? <ul><li>die „inneren Uhren“ von Maus und Taufliege steuern das Timing von Verhaltensmustern, die &quot;Gezeiten&quot; von Hormonen und andere zeitabhängige Körperfunktionen </li></ul><ul><li>Anscheinend tritt das CLOCK-Protein mit manchen der dabei tätigen Gene in direkte Wechselwirkung und schaltet sie dadurch ein (es ist ja ein Transkriptionsfaktor). </li></ul><ul><ul><li>zu Tageszeiten jedoch, in denen das PER- und das TIM-Molekül im Zellkern anwesend sind, hindern die beiden das CLOCK-Protein daran </li></ul></ul><ul><ul><li>ganz so, wie sie dann auch ihre eigene Produktion unterbinden und dadurch die Oszillationen in der zentralen Rückkopplungsschleife überhaupt erst zu Stande kommen lassen. </li></ul></ul><ul><li>Auf diese Weise könnten die Proteine PER und TIM vielen weiteren Genen ein tagesperiodisches Aktivitätsmuster aufprägen. </li></ul>
  15. 16. Abb. 1: Phasenkarte des Menschen <ul><li>Chronobiologische Werte frequenzsynchronisierter (24 h) circadianer Rhythmen des Menschen. </li></ul><ul><li>Zeitpunkt des Maximums (.) des Rhythmus ± 0,95 Vertrauensgrenzen (–.–) </li></ul>
  16. 17. Zwei innere Uhren? <ul><li>Forscher vermuten, dass es mindestens zwei innere Uhren gibt: </li></ul><ul><ul><li>Die erste mit dem Transkriptionsfaktor CLOCK liegt im SCN und wird über Licht synchronisiert. </li></ul></ul><ul><ul><li>Die zweite befindet sich im Vorderhirn, wird über das Protein NPAS2 gesteuert, und als Zeitgeber dient nicht Licht, sondern dienen sensorische Reize, die beispielsweise Nahrungsknappheit melden. </li></ul></ul><ul><li>Und diese zweite Uhr ist vielleicht für das alltägliche Mittagstief verantwortlich, das uns regelmäßig überfällt. </li></ul><ul><li>&quot;Könnte es sein&quot;, so fragen sich die Forscher, &quot;dass die Kulturen, die eine ausgeprägte Siesta pflegen, optimal an unseren inneren Rhythmus angepasst sind?&quot; </li></ul>

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