Sommerblogserie zusammen mit dem 3RCC Teil 3: Das Gehirn und die Zeit: Was Fruchtfliegen uns verraten

In jedem Lebewesen, vom Menschen bis zu winzigen Bakterien, wird ein rhythmisches Aktivitäts- und Ruhemuster vor allem durch Lichtsignale gesteuert. So werden Menschen beispielsweise tagsüber wach und aktiv, wenn die Sonne scheint, während nachtaktive Tiere wie Fledermäuse besonders nachts zu Höhenflügen ansetzen. Diese Tagesrhythmen werden von einer winzigen Hirnstruktur gesteuert, dem sogenannten suprachiasmatischen Nucleus. Wir nennen ihn der Einfachheit halber die «Hirnuhr». Bis vor Kurzem gingen Wissenschaftler*innen davon aus, dass die Zellen in dieser Hirnregion unabhängig voneinander arbeiten. Bahnbrechende Forschungsergebnisse der Universität Peking, die in Science Advances veröffentlicht wurden, stellen diese Annahme jedoch infrage.

Eine Studie von Min Tang und Kollegen ergab, dass bestimmte Hirnareale ausserhalb der «Hirnuhr» deren Rhythmus beeinflussen können. Dies konnten sie anhand von Fruchtfliegen zeigen, die sich aufgrund ihrer einfachen Hirnstruktur mit nur 150 Nervenzellen seit Langem ideal für solche Forschungen eignen. Um zu messen, wie die Nervenzellen ihre Aktivität synchronisieren, verwendeten die Forschenden ein Verfahren, das Multielektroden-Patch-Clamp-Aufnahmen genannt wird. Mit dieser Methode konnten sie die Aktivität mehrerer einzelner Nervenzellen gleichzeitig erfassen. Die Frage war: Würden Nervenzellen ohne Zugang zur «Hirnuhr» einen Tagesrhythmus aufweisen? Bemerkenswerterweise blieb bei genetisch veränderten Fliegen die synchronisierte neuronale Aktivität auch ohne die «Hirnuhr» erhalten. Diese bedeutende Erkenntnis gibt Aufschluss über grundlegende Körperfunktionen und macht die Fruchtfliege zu einem wertvollen Modell für die Untersuchung von Gehirnfunktionen.

Die Entdeckung, dass einige Nervenzellen ausserhalb der «Hirnuhr» zur Synchronisation von Rhythmen beitragen, stellt bisherige Annahmen über ihren Mechanismus infrage. Diese Erkenntnis verbessert nicht nur das Verständnis dafür, wie der Tagesrhythmus (zirkadianer Rhythmus) im Gehirn reguliert wird, sondern unterstreicht auch die Bedeutung weiterer Forschungsarbeit, insbesondere bei Säugetieren. Erste Studien zu zirkadianen Rhythmen, einschliesslich der Identifizierung von Uhrgenen, wurden bei Fruchtfliegen durchgeführt und bildeten die Grundlage für die spätere Forschung an Säugetieren. Dieses bessere Verständnis ist vielversprechend für die Entwicklung von Therapien für zirkadiane Störungen, von denen ältere Menschen überproportional betroffen sind.

Autoren: Christopher Cederroth, Jessica Lampe & Robbie I’Anson Price, Swiss 3R Competence Centre

Literatur: Tang M et al. (2022) An extra-clock ultradian brain oscillator sustains circadian timekeeping. Science Advances. 8:eabo5506. https://doi.org/10.1126/sciadv.abo5506.