Prof. Dr. Michael Brunner

Forschungsschwerpunkte: Tag-Nacht-Rhythmus, circadiane Uhren, zelluläre Netzwerke, molekulare Schalter
Michael Brunner ist ein deutscher Biochemiker, der die molekularen Grundlagen von inneren Uhren untersucht. Mit Hilfe dieser körperinternen Taktgeber passen die meisten Organismen ihre Lebensrhythmen an den Tag-Nacht-Zyklus von 24 Stunden an. Da das auch für den Menschen gilt, sind die Ergebnisse seiner Forschung auch aus medizinischen Gründen interessant.
Die meisten Lebewesen vom Bakterium bis zum Säugetier haben innere Uhren entwickelt. Dabei handelt es sich um molekulare Schalter, die im Laufe des Tages zahlreiche Gene aktivieren und wieder stilllegen. Dadurch lassen sich sowohl biochemische und physiologische Prozesse als auch Verhaltensweisen wie etwa der Schlaf-Wach-Rhythmus steuern. Da die inneren Taktgeber mit einer Periode von etwa 24 Stunden schwingen, werden sie auch „circadiane“ („ungefähr ein Tag“) Uhren genannt. Michael Brunner interessiert sich dafür, wie diese Schrittmacher in den Zellen funktionieren und wie sie Prozesse im Körper beeinflussen. Somit arbeitet er an der Schnittstelle zwischen chemischer und biologischer Forschung.
Um die komplexen molekularen Mechanismen zu verstehen, nutzt er den Schimmelpilz Neurospora crassa als Modellorganismus. Zusammen mit Kolleginnen und Kollegen hat er beispielsweise herausgefunden, wie dieser Pilz das tageszeitliche An- und Abschalten der Gene organisiert. Entscheidend ist dabei eine Art „molekularer Doppelschalter“. Noch vor Sonnenaufgang aktiviert ein „morgen-spezifisches“ Uhrenprotein namens WCC etwa 400 Gene. Eines davon produziert einen Repressor, der eine andere Gruppe „abend-spezifischer Gene“ ausschaltet. Der Organismus befindet sich nun also im Tag-Modus. Später wird dann der „Morgen-Schalter“ deaktiviert und der Repressor abgebaut. Dadurch werden bis zum Abend die morgen-spezifischen Gene ab- und dafür die abend-spezifischen angeschaltet.
Solche inneren Uhren funktionieren auch unabhängig von äußeren Einflüssen, selbst bei völliger Dunkelheit. Trotzdem ist es für ihre Träger sinnvoll, sie mit dem tatsächlichen Wechsel von Tag und Nacht zu synchronisieren. Deshalb reagieren die zellulären Schrittmacher auf Umweltsignale. Einer der wichtigsten dieser Zeitgeber ist das Licht. Allerdings herrscht auch mitten in der Nacht meist keine völlige Dunkelheit. Warum also lassen sich die inneren Uhren von Mondlicht oder Straßenlaternen nicht verwirren?
Auch diese Frage haben Michael Brunner und sein Team bei Neurospora untersucht. Wieder spielt demnach das Protein WCC eine Schlüsselrolle. Unter den „Morgen-Genen“, die es bei steigender Helligkeit anknipst, ist auch einer seiner eigenen Gegenspieler: Eine Erbinformation, die für die Produktion des sogenannten VVD-Proteins zuständig ist. Dieses Molekül beendet die Wirkung von WCC und fährt damit die Aktivierung der lichtabhängigen Gene zurück. Nachts aber wirkt VVD als eine Art molekulares Gedächtnis, das sich an die Helligkeit des vorigen Tages „erinnert“. Solange es in den Zellen vorhanden ist, bleiben das WCC und die damit verbundenen Gene inaktiv. Niedrige Lichtintensitäten, wie sie für Mondschein oder eine Lampe typisch sind, können dagegen nichts ausrichten. Erst wenn die „molekulare Sonnenbrille“ VVD am Ende der Nacht größtenteils abgebaut ist und es wieder hell wird, kann WCC wieder eingeschaltet werden und den Organismus auf Tagesbetrieb umstellen.
Mit seiner Forschung trägt Michael Brunner dazu bei, auch die innere Uhr des Menschen besser zu verstehen. Das ist unter anderem für die Medizin interessant, denn wenn der innere Schrittmacher außer Takt gerät, kann das zu einer ganzen Reihe von gesundheitlichen Problemen – wahrscheinlich bis hin zu Krebs – führen.