Immunhistochemische Untersuchungen zur ontogenetischen Entwicklung des endogenenzirkadianen Rhythmusgenerators im Nucleus suprachiasmaticus von Mäusen

Im Laufe der Evolution hat sich bei allen Lebewesen eine innere Uhr entwickelt, die u.a. zirkadiane Rhythmen vieler Körperfunktionen, wie z. B. bei Säugetieren die Körpertemperatur oder auch den Schlaf-Wach-Rhythmus steuert. Diese innere Uhr befindet sich bei Säugetieren im SCN des Hypothalamus. Das adulte molekulare Uhrwerk setzt sich aus Transkriptions-/ Translations-Rückkopplungsschleifen zusammen, in denen die Translationsprodukte der Uhrengene eine wesentliche Rolle spielen. Dabei sind CLOCK und BMAL aktivierende Transkriptionsfaktoren, die konstitutiv vorhanden sind. PER und CRY sind negative Regulatoren der Genexpression, die im Gegensatz zu CLOCK und BMAL1 rhythmisch auftreten. Es sollte nun am Beispiel der Labormaus die ontogenetische Entwicklung des zirkadianen Systems untersucht werden, um festzustellen, wann diese innere Uhr zu „ticken“ anfängt. Dazu wurden die Uhrengenproteine im SCN der Maus am Embryonaltag 18, am Postnataltag 2 und im adulten Tier im Tagesgang immunhistochemisch dargestellt. Wir konnten zeigen, dass die positiven Regulatoren BMAL1 und CLOCK während des zirkadianen Zyklus im fötalen SCN vorhanden waren, jedoch war die Anzahl der Zellen mit einer CLOCK-IR in den Feten signifikant geringer als in den Neugeborenen und in den Adulten. Diese Differenz zwischen BMAL1-Zellen und CLOCK-Zellen im fötalen SCN deutet darauf hin, dass BMAL1 im sich entwickelnden SCN einen anderen Dimerisationspartner als CLOCK hat. Möglicherweise spielen BMAL1 und CLOCK unterschiedliche Rollen im sich entwickelnden SCN. Auch gibt es nur eine geringe Anzahl von fötalen SCN Zellen, die einen Rhythmus von mPER1 und mPER2 aufweisen. Daher wird vermutet, dass nur wenige Zellen im fötalen SCN zur Rhythmogenese fähig sind (sog. Schrittmacherzellen). Der fötale SCN zeigt auch nur wenige Zellen, die eine Immunreaktion für mCRY1 zeigen, während mCRY2 noch gar nicht nachweisbar ist. Diese geringe Menge an mCRY1 im fötalen SCN reicht scheinbar aus, um die mPER-Proteine vor der Proteolyse zu schützen. mCRY1 zeigt jedoch noch keinen zirkadianen Rhythmus im fötalen SCN, was darauf hindeutet, dass hier das molekulare Uhrwerk noch nicht vollständig ausgereift ist. Da die PER-Rhythmen im fötalen SCN die gleiche Phasenlage wie im Muttertier aufweisen, kann davon ausgegangen werden, dass die Schrittmacherzellen durch mütterliche Signale synchronisiert werden. Die Anzahl der CLOCK-ir SCN Zellen sowie die Anzahl der SCN Zellen, die einen zirkadianen Rhythmus von mPER1 aufweisen, nimmt im Neugeborenen graduell zu. Interessanterweise steigt auch die Anzahl der synaptischen Verbindungen zwischen den SCN Neuronen während dieser Entwicklungsphase an, und auch auf Lichtreize reagiert der SCN bereits schon kurz nach der Geburt. Diese zeitliche Korrelation deutet darauf hin, dass neuronale Kopplung sowie photische Stimulation die Ausreifung des endogenen Rhythmusgenerators im SCN antreiben