Temperaturkompensation der inneren Uhr von Drosophila melanogaster

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Die innere Uhr besteht aus einem endogenen Oszillator, der auch unter konstanten Bedingungen (d.h. konstante Dunkelheit und Temperatur) eine Vielzahl biologischer Rhythmen mit einer Periodenlänge von ca. 24 h zu reguliert. In der Natur tragen innere Uhren dazu bei, dass Physiologie und Verhalten möglichst optimal an die Tageszeit angepasst sind. Daher ist die Synchronisation der inneren Uhr mit den täglichen Licht- und Temperaturrhythmen unserer Umwelt von höchster Bedeutung. Die innere Uhr von Säugern und Insekten besitzt eine bemerkenswerte Temperatursensitivität, da bereits geringe regelmäßige Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht (2°C) zu ihrer robusten Synchronisation führen. Im Gegensatz dazu ist die ~ 24 h Periodenlänge (gemessen unter konstanten Bedingungen) weitestgehend unabhängig von der Umgebungstemperatur, eine Umstand der als Temperaturkompensation bezeichnet wird. Diese Fähigkeit der inneren Uhr ihre Periodenlänge über eine große Temperaturspanne nahezu konstant zu halten ist außergewöhnlich, da biologische Prozesse normalerweise mit zunehmender Temperatur schneller ablaufen. Da eine Uhr, deren Schlagzahl sich mit der der Temperatur verändert zwar als Thermometer, nicht aber als Zeitmesser geeignet ist, stellt die Fähigkeit der Temperaturkompensation außerdem eine essentielle Eigenschaft innerer Uhren dar. In den letzten Jahren konnten einige Prinzipien, die zur Temperatursensitivität der inneren Uhr von Drosophila beitragen und damit deren Synchronisation mit natürlichen Temperaturzyklen gewährleisten, aufgeklärt werden. Im Gegensatz dazu sind genetische und molekulare Grundlagen der Temperaturkompensation weitgehend unerforscht. Der offensichtliche Gegensatz zwischen hoher Temperatursensitivität gegenüber rhythmischen Temperaturschwankungen und Kompensation der Oszillatorfrequenz gegen unterschiedliche absolute Temperaturen, stellt darüber hinaus ein ausgesprochen interessantes Beispiel für das Problem der sensorischen Adaptation dar, welches prinzipiell auf alle sensorischen Systeme zutrifft. Ein grundlegendes molekulares und mechanistisches Verständnis der unterschiedlichen Einflüsse von Temperatur auf die innere Uhr ist daher von großem Interesse und Gegenstand dieses Projektantrags. Im Einzelnen sollen dazu erstmals direkt an der Temperaturkompensation beteiligte Gene durch eine chemische Mutagenese identifiziert werden. Außerdem soll ein molekularer Mechanismus (temperaturabhängige Regulation von Proteinexport aus dem Zellkern) untersucht werden, der aufgrund vorläufiger Ergebnisse zur Temperaturkompensation beiträgt. Zusammengenommen erwarte ich von diesen Ansätzen eine signifikante Erweiterung unseres Verständnisses einer der fundamentalen Eigenschaften der inneren Uhr und zirkadianer Zeitmessung. Darüber sollte die Integration der neuen Erkenntnisse über Temperaturkompensation mit bekannten Prinzipien der Temperatursynchronisation zum Verständnis des generellen Problems der sensorischen Adaption beitragen.