Die circadianen Uhren, die den circadianen Rhythmus steuern, sind mit vielen wichtigen Systemen in Lebewesen wie Pflanzen, Pilzen, Insekten und sogar Menschen verflochten. Aus diesem Grund stehen Störungen unserer circadianen Uhren in Zusammenhang mit höheren Krankheitsraten beim Menschen, darunter bestimmte Krebsarten und Autoimmunerkrankungen.

Jede neue Erkenntnis über die Mechanismen unserer inneren Uhren bringt uns der Möglichkeit näher, Veränderungen vorzunehmen

Dr. Jennifer Hurley vom Rensselaer Polytechnic Institute, Richard Baruch M.D. Career Development Chair und stellvertretende Leiterin des Fachbereichs Biowissenschaften, hat ihre Karriere dem Verständnis der Mechanismen gewidmet, die es unseren circadianen Uhren ermöglichen, die Zeit zu messen. „Da Proteine die Bausteine des Lebens sind, ist es wichtig, ein grundlegendes Verständnis dafür zu erlangen, wie diese Proteine zusammenwirken“, so Hurley. „Wenn wir wissen, wie Proteine interagieren, können wir lernen, wie sich ein Organismus verhält, und haben außerdem die Möglichkeit, dieses Verhalten zu verändern.“ In ihrer Studie entdeckten Hurley und ihr Team, dass das gestörte Uhrprotein FRQ in einem Pilz namens Neurospora crassa auf unerwartete Weise mit einem Protein namens FRH interagierte. Sie fanden Regionen oder „Blöcke” auf FRQ, die positiv geladen waren. Diese Blöcke ermöglichten es FRQ und FRH, über viele verschiedene Regionen hinweg zu interagieren. „Während Proteine oft als gut geordnete Strukturen angesehen werden, gibt es eine ganze Klasse von Proteinen, die flexibler sind, wie nasse Spaghetti-Nudeln”, sagte Hurley. „Diese Flexibilität kann für die Wechselwirkungen zwischen Proteinen wichtig sein. Im Fall von FRQ glauben wir, dass seine ‚Nudeligkeit’ es den positiv geladenen Blöcken ermöglicht, sich an FRH zu binden, vielleicht wie eine Umarmung.”

Die Forscher hatten eine einfache, geradlinige Interaktion zwischen FRQ und FRH erwartet, stellten jedoch fest, dass die Interaktion viel komplexer war, als sie erwartet hatten. Hurley und ihr  Team fanden heraus, dass diese sogenannte Umarmung dazu führt, dass die molekulare circadiane Uhr von einer Sanduhr, die jeden Tag durch Licht zurückgesetzt werden muss, zu einem persistenten Oszillator wird, der einen kontinuierlichen Rhythmus ermöglicht, ohne durch Licht zurückgesetzt werden zu müssen. Dieser persistente circadiane Oszillator ist die grundlegende Methode, mit der die circadiane Uhr die Zeit misst und alles reguliert, von unserem Verhalten bis hin dazu, wie ein Tier in der Arktis weiß, wann es jagen muss, selbst wenn in den Wintermonaten kein Licht verfügbar ist. Jede neue Erkenntnis über die Mechanismen unserer circadianen Uhren bringt uns der Möglichkeit näher, Veränderungen zum großen praktischen Nutzen vorzunehmen. Wenn wir die circadiane Uhr manipulieren könnten, könnte dies bei der Herstellung von Biokraftstoffen, bei der Bekämpfung von Jetlag und bei der Gewährleistung der Gesundheit von Schichtarbeitern und anderen Personen mit unregelmäßigen Arbeitszeiten helfen.

Das Gesundheitswesen bietet zahlreiche Möglichkeiten, unser Wissen über circadiane Rhythmen anzuwenden. „In unserem Fachgebiet bezeichnen wir dies als ‚Chronotherapie‘“, so Hurley. „Wenn man sich zu einer bestimmten Tageszeit verletzt, heilt man viel schneller als zu einer anderen. Daher können wir Operationen zur richtigen Tageszeit ansetzen. Wir können sogar Chemotherapien so zeitlich abstimmen, dass sie zu einem Zeitpunkt erfolgen, zu dem sich gesunde Zellen nicht teilen, Krebszellen jedoch schon, wodurch Nebenwirkungen verringert und die Wirksamkeit der Behandlung erhöht werden.“„Mit dieser Forschung haben Professor Hurley und ihr Team erneut unser Verständnis davon erweitert, wie circadiane Rhythmen auf molekularer Ebene funktionieren“, sagte Dr. Curt Breneman, Dekan der Rensselaer School of Science. „Dieses tiefgreifende Verständnis der Mechanismen circadianer Prozesse eröffnet neue Möglichkeiten, ihre Auswirkungen auf höhere Organismen und Menschen besser zu mildern.“