Jeffrey Hall – Beiträge zum Verständnis der biologischen Uhren in Organismen

Jeffrey Hall ist ein US-amerikanischer Genetiker und Chronobiologe. Seine bahnbrechenden Arbeiten zur Entschlüsselung der molekularen Mechanismen der zirkadianen Rhythmen haben unser Verständnis der inneren Uhren von Organismen komplett verändert. 

Akademischer Werdegang von Jeffrey Hall

Jeffrey Hall begann seine akademische Laufbahn mit einem Bachelor-Abschluss in Biologie am Amherst College im Jahr 1967. Bereits während seiner Studienzeit zeigte er ein besonderes Interesse an der Genetik und der Biologie von Verhalten. Nach seinem Abschluss promovierte er 1971 an der University of Washington in Seattle im Fachbereich Genetik. Dort untersuchte er grundlegende genetische Mechanismen und vertiefte seine Kenntnisse in der molekularen Biologie.

Nach der Promotion wechselte Hall als Postdoktorand an das renommierte California Institute of Technology (Caltech), wo er unter der Leitung von Seymour Benzer arbeitete. Benzer war eine Schlüsselfigur in der modernen Genetik und inspirierte Hall, die Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) als Modellorganismus für seine Forschungen zu verwenden. Diese Zusammenarbeit war der Beginn von Halls lebenslangem Interesse an den genetischen Grundlagen von Verhalten und biologischen Rhythmen.

Entdeckungen zur zirkadianen Rhythmik durch Jeffrey Hall

Jeffrey Hall widmete sich in den 1970er Jahren der Erforschung der zirkadianen Rhythmen, also der inneren 24-Stunden-Uhren von Organismen. Diese Rhythmen steuern zahlreiche physiologische Prozesse wie Schlaf, Ernährung, Hormonproduktion und den Stoffwechsel. Gemeinsam mit Michael Rosbash isolierte er 1984 das sogenannte period-Gen (per) in der Fruchtfliege Drosophila melanogaster. Diese Entdeckung war bahnbrechend, da sie erstmals eine genetische Grundlage für die zirkadiane Rhythmik lieferte.

Hall und Rosbash fanden heraus, dass das per-Gen für ein Protein kodiert, das in einem 24-Stunden-Zyklus produziert und abgebaut wird. Dieser rhythmische Zyklus wird durch einen Feedback-Mechanismus aufrechterhalten, bei dem das Protein die eigene Genexpression reguliert. Es war das erste Mal, dass Wissenschaftler nachweisen konnten, wie molekulare Mechanismen zirkadiane Rhythmen aufrechterhalten.

Zusammenarbeit mit Michael W. Young

Parallel zu den Arbeiten von Hall und Rosbash entdeckte Michael W. Young an der Rockefeller University weitere Gene, die den zirkadianen Rhythmus beeinflussen, darunter das timeless-Gen (tim). Young zeigte, dass das von tim kodierte Protein mit dem per-Protein interagiert, um den zirkadianen Zyklus zu stabilisieren. Die Erkenntnisse von Hall, Rosbash und Young ergänzten sich und führten zu einem umfassenden Verständnis der molekularen Prozesse hinter den biologischen Uhren.

Ihre Forschung bildete die Grundlage für die moderne Chronobiologie, ein Forschungsgebiet, das untersucht, wie innere Uhren Organismen auf Umweltreize wie Licht und Temperatur abstimmen.

Medizinische und gesellschaftliche Bedeutung

Die Entdeckungen von Hall haben weitreichende Auswirkungen auf die Medizin und unser Verständnis von Gesundheit. Störungen der zirkadianen Rhythmen stehen in Verbindung mit einer Vielzahl von Gesundheitsproblemen, darunter Schlafstörungen, Depressionen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Stoffwechselstörungen wie Diabetes. Halls Forschung hat dazu beigetragen, Therapien zu entwickeln, die darauf abzielen, die inneren Uhren des Körpers wieder in Einklang zu bringen.

Ein weiteres bedeutendes Anwendungsfeld ist die Optimierung von Medikamenten und deren Verabreichung. Chronotherapeutische Ansätze, bei denen die Gabe von Medikamenten auf den zirkadianen Rhythmus abgestimmt wird, zeigen vielversprechende Ergebnisse. Beispielsweise können bestimmte Krebsmedikamente wirksamer sein, wenn sie zu einer bestimmten Tageszeit verabreicht werden, da die Zellteilung ebenfalls einem zirkadianen Rhythmus folgt.

Auszeichnungen und Ehrungen für Jeffrey Hall

Für seine herausragenden Beiträge zur Chronobiologie wurde Jeffrey Hall 2017 zusammen mit Michael Rosbash und Michael W. Young mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin ausgezeichnet. Das Nobelkomitee betonte, dass ihre Entdeckungen nicht nur unser Verständnis von zirkadianen Rhythmen revolutioniert haben, sondern auch praktische Anwendungen in der Medizin ermöglichen.

Der Nobelpreis war nicht die einzige Ehrung, die Hall erhielt. Bereits 2003 wurde er mit dem Gruber-Preis für Neurowissenschaften ausgezeichnet. Er ist Mitglied zahlreicher wissenschaftlicher Akademien und Gesellschaften.

Offene Fragen müssen noch geklärt werden

Trotz der bedeutenden Fortschritte bleiben viele Fragen zu zirkadianen Rhythmen offen. Wissenschaftler untersuchen weiterhin, wie diese Mechanismen in verschiedenen Organismen funktionieren und wie sie sich evolutionär entwickelt haben. Ein weiteres Forschungsfeld ist der Einfluss moderner Lebensstile auf die biologischen Uhren. Künstliches Licht, Schichtarbeit und Zeitverschiebungen durch Reisen stören die natürlichen Rhythmen und haben potenziell negative Auswirkungen auf die Gesundheit.

Halls Arbeiten liefern auch hier eine Grundlage für zukünftige Forschung, die darauf abzielt, Lösungen für diese Herausforderungen zu finden.

Persönliches Leben von Jeffrey Hall

Nach seiner Pensionierung widmete sich Jeffrey Hall vor allem seinen Hobbys und der Förderung junger Wissenschaftler. Er lebt zurückgezogen und ist bekannt für seine unkonventionelle und humorvolle Persönlichkeit, die auch seine Arbeit prägte.