Cellular clocks

Abstract

Rhythmic events are present in all organisms, but also in single cells. Daily rhythms in unicellulars are presented in some examples (cyanobacteria, a dinoflagellate, the mermaid Acetabularia, and the green alga Chlamydomonas). These rhythms are synchronized to the 24-hour-measure of the day by time cues. Their period lengths are independent of the environmental temperature. This is not the case in the rhythm of a marine myxameba. This rhythm can furthermore not easily be synchronized to the daily rhythm. The yeast Schizosaccharomyces possesses a much shorter rhythm, which is independent of the environmental temperature. The mildew Neurospora crassa is a kind of giant cell. It forms spores in a daily rhythm. The molecular mechanism of its clock is well known. Daily rrhythms are also found in cells of tissues and organs of mammals (for instance in the suprachiasmatic nucleus, in eyes, in the pineal, in fibroblasts). If the timing of tissues and/or organs is disturbed, if the timing of taking up food, of the activity and sleep is altered in humans, disorders such as sleep disturbances, diabetes and obesity might occur. It is therefore important, to understand the synchronization of these tissue clocks.

Rhythmische Vorgänge gibt es in allen Organismen, aber auch in einzelnen Zellen. Tagesrhythmen bei Einzellern werden an einigen Beispielen (Cyanobakterien, einem Dinoflagellat, der Schirmalge Acetabularia, und der Grünalge Chlamydomonas) vorgestellt. Diese Rhythmen werden durch Zeitgeber auf den 24-Stunden-Takt des Tages synchronisiert. Ihre Periodenlängen sind von der Umgebungstemperatur unabhängig. Das ist bei einem Rhythmus einer marinen Myxamöbe nicht der Fall. Er lässt sich auch nicht ohne weiteres auf den Takt des Tages synchronisieren. Die Hefe Schizosaccharomyces besitzt einen viel kürzeren Rhythmus, der von der Umgebungstemperatur unabhängig ist. Der Schimmelpilz Neurospora crassa bildet eine Art Riesenzelle. Er bildet tagesrhythmisch Sporen. Der molekulare Mechanismus seiner Uhr ist gut bekannt. Tagesrhythmen gibt es auch in Zellen von Geweben und Organen der Säuger (wie im suprachiasmatischen Kern, in Augen, im Pinealorgan, in Fibroblasten). Wenn die zeitliche Steuerung der Gewebe und/oder Organe gestört ist, wenn die Zeiten der Nahrungsaufnahme, der Aktivität und des Schlafes geändert sind, kann es zu Krankheiten des Menschen wie Schlafstörungen, Diabetes und Fettleibigkeit kommen. Es ist deshalb wichtig, die Synchronisation dieser Gewebeuhren zu verstehen.