Der Begriff Junk-DNA wird seit Jahrzehnten verwendet, obwohl zunehmend erkannt wird, dass der Ausdruck eine Fehlbezeichnung ist. Immerhin steht Junk für Nutzlosigkeit. Genauer gesagt, kennt die Wissenschaft die verschiedenen Funktionen dieser DNA-Kategorie noch nicht.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie der Keck School of Medicine der University of Southern California (USC) entdeckten Forscher, dass die sogenannte Junk-DNA zur Regulierung des circadianen Rhythmus beiträgt und neue Erkenntnisse darüber liefert, wie diese wenig verstandene Art von DNA reale Auswirkungen auf die allgemeine Gesundheit und das Wohlbefinden haben kann.

Was ist Junk-DNA?

Während des Studiums der DNA-Mutation prägte der Genetiker Susumu Ohno 1972 den Begriff Junk-DNA. Er verwendete den Ausdruck, um zusätzliche oder unvollständige Kopien von Genen zu beschreiben, die in DNA-Sequenzen gefunden wurden. Einige Theorien betrachten diese DNA-Abschnitte als Überreste des Evolutionsprozesses und ohne echte Funktion im modernen Menschen. Die Verwendung des Begriffs innerhalb der Wissenschaftsgemeinschaft wurde erweitert, um Sequenzen menschlicher DNA zu umfassen, die keine Proteine ​​produzieren, und im Rahmen des aktuellen Wissens keinen offensichtlichen biologischen Zweck zu haben scheinen.

Als die Wissenschaftler jedoch mehr über die menschliche DNA erfuhren, wurde deutlich, dass ein Teil der sogenannten Junk-DNA eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Genexpression und einer Vielzahl anderer biologischer Funktionen spielt, einschließlich der Bindung von regulatorischen Proteinen. In der Tat glauben einige Wissenschaftler, dass es an der Zeit ist, den Begriff Junk-DNA ad acta zu legen, da sich der Wissensbestand in Bezug auf diese Kategorie von DNA erweitert. Mit ihrer jüngsten Studie konnten Forscher der Keck School of Medicine einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis der Rolle dieser DNA-Kategorie leisten.

Wie Junk-DNA hilft, den circadianen Rhythmus zu regulieren

Wie der Provost-Professor für Neurologie, Biomedizintechnik und quantitative Computerbiologie der Keck School of Medicine, Steve Kay, erklärte, gibt es ungefähr 110 bis 120 Mikro-RNAS (miRNAs), die dabei helfen, den gesamten Tagesrhythmus über ihre Wirkung auf circadiane Uhren zu regulieren, die auf Zellebene stattfinden. In der Vergangenheit als Junk-DNA eingestuft, sind miRNAs nicht-kodierende Nukleotide.

Laut den Forschern bilden kleine Ketten dieser miRNAs eine Art Netzwerk, das ein genomweites Regulationssystem bildet. Diese kleineren biologischen Uhren sind Teil des viel größeren Regulationssystems, das von einer Hauptuhr im Gehirn überwacht und synchronisiert wird, und als Grundlage für den gesamten circadianen Rhythmus fungiert.

Bei Experimenten an Mäusen deaktivierten die Forscher Gruppen von miRNAs in verschiedenen Gewebetypen, einschließlich Gehirn- und Lungengewebe. Abgesehen von Verhaltensänderungen bei Mäusen stellten die Forscher fest, dass die Deaktivierung von miRNA-Clustern in jedem Gewebetyp den circadianen Rhythmus auf unterschiedliche Weise beeinflusst. Dies führte die Forscher zu der Annahme, dass die regulatorische Wirkung der miRNAs spezifisch für den Gewebetyp ist, in dem die miRNAs vorhanden sind.

Körperuhren verstehen

Der Körper ist ein sehr komplexes System, in dem täglich unzählige chemische Reaktionen stattfinden. Körperuhren oder biologische Uhren sind in fast allen Organen und Geweben des Körpers zu finden und organisieren den Zeitpunkt ihrer Funktionen über einen Zeitraum von 24 Stunden.

Selbst auf zellulärer Ebene gibt es biologische Uhren, die in einem circadianen oder ungefähren 24-Stunden-Zyklus arbeiten. Die Störung dieser biologischen Uhren kann zu einer Vielzahl von Krankheiten und chronischen Störungen führen, weshalb Wissenschaftler versuchen, ihr Verständnis über diese grundlegenden Regulationssysteme zu vertiefen.

Circadianer Rhythmus und Gesundheit

Der Zusammenhang zwischen dem Tagesrhythmus und der Gesundheit ist bereits gut etabliert. Eine Störung des Tagesrhythmus ist mit einem erhöhten Risiko für eine Reihe physischer Erkrankungen verbunden, darunter verschiedene Krebsarten, Diabetes, Fettleibigkeit und Herzerkrankungen. Auch eine Beeinträchtigung der kognitiven Funktion und Stimmungsstörungen wurden mit Problemen des circadianen Rhythmus assoziiert. Störungen im Tagesrhythmus werden häufig durch Schlafzyklusstörungen verursacht.

Eine verminderte Exposition gegenüber natürlichem Licht, eine erhöhte Belichtung mit künstlichem Licht am Abend und Schichtarbeit gehören zu den Hauptursachen für Unterbrechungen des Schlafzyklus. Ein gestörter Schlafzyklus kann zu einem hormonellen Ungleichgewicht führen. Dadurch kann es zu verschiedenen Krankheiten und chronischen Störungen kommen, wie etwa Brustkrebs und Stoffwechselproblemen. Eine Beeinträchtigung des circadianen Rhythmus kann darüber hinaus die Wirksamkeit der Behandlung solcher Erkrankungen minimieren.

Potenzial bei der Prävention und Behandlung von Krankheiten

Die Forscher der Keck School of Medicine waren überrascht, wie Junk-DNA zur Regulierung des circadianen Rhythmus auf zellulärer Ebene beiträgt, und wie vielversprechend diese Entdeckung sei. Das Verständnis, wie sich miRNAs beispielsweise auf die Körperuhr des Lungengewebes auswirken, kann zu effektiveren Behandlungen bei Asthma und anderen chronischen Lungenerkrankungen führen. Ein tieferes Wissen darüber, wie miRNAs die Körperuhr im Gehirngewebe beeinflussen, könnte zur Vorbeugung von Krankheiten wie Alzheimer führen. Provost-Professor Kay wies auf die vielen medizinischen Möglichkeiten hin, die dadurch entstehen, wenn wir mehr über die Funktionsweise circadianer Rhythmen in den verschiedenen Arten von menschlichem Gewebe erfahren.