16/02 2012

Wie die Gene unseren Schlaf beeinflussen

Unser Schlaf wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst: psychisches Befinden, körperliche Aktivität, soziale und berufliche Einflüsse, Konsum von stimulierenden und beruhigenden Substanzen usw. Daneben bestimmen aber auch unsere Gene, wie lange, wann und wie wir schlafen. Forscher arbeiten intensiv daran, genetische Einflüsse auf unser Schlafverhalten zu entschlüsseln. Dadurch könnten neue Wege gefunden werden, unseren Schlaf zu beeinflussen und Schlafstörungen zu behandeln. 

M. Sc. Nadeem Kalak und PD Dr. Marc Axel Wollmer

Ein Drittel unseres Lebens verbringen wir schlafend. Wie wichtig gesunder Schlaf für uns ist, spüren wir besonders dann, wenn wir zu kurz oder zu schlecht geschlafen haben. Dann fühlen wir uns psychisch und physisch nicht leistungsfähig. Im Schlaf werden körperliche Ressourcen wiederhergestellt, und im Gehirn laufen Prozesse ab, die zum Beispiel für die Funktion des Gedächtnisses wichtig sind. Wer nicht genug schläft, lernt schlechter und wird eher krank. 

Im Durchschnitt schlafen erwachsene Menschen etwas mehr als sieben Stunden pro Tag; die Schlafdauer ist jedoch individuell sehr unterschiedlich. Diese Unterschiede kommen zum einen durch verschiedene innere (z. B. Stress, Grübeln) und äußere (z. B. Lärm, Licht) Einflüsse und Zeitgeber (beispielsweise Bürozeiten, schreiendes Kind) zustande, zum anderen aber auch durch individuelle Bedürfnisse und Neigungen. Manche Leute gehen lieber früh ins Bett, um dafür morgens zeitig aufzustehen, während andere abends lieber länger aufbleiben und morgens entsprechend später aus den Federn kommen. Wir haben also einen unterschiedlichen Schlaf-wach-Rhythmus.

Die biologische Uhr, die den Schlaf-wach-Rhythmus vorgibt, hat beim Menschen eine Periodenlänge von ungefähr 24 Stunden. Anhand dieser Rhythmik kann man verschiedene sogenannte Chronotypen unterscheiden. Es gibt Menschen mit einem frühen Chronotyp, die man auch als „Lerchen“ bezeichnet, und solche mit einem späten Chronotyp („Eulen“). Auch die Schlafdauer, die man benötigt, um leistungsfähig zu sein, unterscheidet sich von Mensch zu Mensch: Es gibt ausgesprochene Kurz- und Langschläfer. 

All diese Unterschiede sind zu einem großen Teil auch genetisch bedingt. Das haben Studien gezeigt, in denen man das Schlafverhalten von eineiigen (monozygoten) Zwillingen mit dem von zweieiigen (dizygoten) Zwillingen verglich, um den Einfluss vererbbarer Faktoren auf das Schlafverhalten einzuschätzen. 

Insbesondere für die Entwicklung des Chronotyps scheinen die Gene eine entscheidende Rolle zu spielen. Aber auch andere Schlafmerkmale wie Schlafdauer, Schlafqualität und das Auftreten von Schlafstörungen werden zu einem erheblichen Anteil (12–44 %) durch genetische Faktoren bestimmt. Welche Gene im Einzelnen die verschiedenen Schlafmerkmale beeinflussen, darüber herrscht noch große Unklarheit. 

Insgesamt ist anzunehmen, dass unser Schlafverhalten von einem komplexen Zusammenspiel verschiedener Gene untereinander sowie mit einer Vielzahl von Umweltfaktoren bestimmt wird. 

 

Früh- und Spätaufstehergene 

 

In so genannten genetischen Assoziationsstudien hat man untersucht, ob Gene, von denen aus anderem Zusammenhang bekannt ist, dass sie eine Rolle in der Regulation des Schlafs und der Schlaf-wach-Rhythmik spielen, einen Einfluss auf Merkmale wie Chronotyp oder Schlafdauer haben. Tatsächlich zeigte sich dabei, dass die sogenannte 5-repeat-Variante des Gens PER3 mit einem frühen Chronotyp assoziiert ist; außerdem reagieren Träger dieser Genvariante auf Schlafentzug eher mit einer Verschlechterung ihrer kog­nitiven Leistungen. Diese PER3-Variante beeinflusst übrigens auch das Muster des Schlaf-EEGs. 

Seltene Varianten des Gens DEC2 gehen mit einer besonders kurzen Schlafzeit einher. Träger dieser Variante benötigt nur etwa sechs Stunden Schlaf pro Nacht, um sich ausgeschlafen zu fühlen. Seltene Veränderungen im Gen CSNK1E schützen möglicherweise vor einem verzögerten Schlafphasensyndrom, bei dem der Nachtschlaf nach hinten verschoben ist: Solche Menschen schlafen in der Regel erst gegen zwei Uhr nachts ein und sind morgens erst gegen zehn Uhr richtig wach. Auch Varianten des AANAT-Gens, das eine Rolle im Stoffwechsel des „Schlafhormons“ Melatonin spielt, haben eine Beziehung zu diesem Syndrom. 

Varianten im PER2-Gen gehen mit dem familiären vorverlagerten Schlafphasensyndrom einher, bei dem der Nachtschlaf nach vorne verschoben ist: Solche Menschen werden abends schon gegen 18 Uhr müde und sind dafür bereits um vier Uhr morgens ausgeschlafen. Seit einiger Zeit kann man genetische Assoziationsstudien nicht nur für hypothesengesteuert ausgewählte Kandidatengene durchführen, sondern hypothesenfrei Varianten im gesamten Genom des Menschen auf Assoziationen mit verschiedenen Merkmalen hin untersuchen. Solche genomweiten Assoziationsstudien mit gleichzeitiger Bestimmung von bis zu zwei Millionen genetischer Varianten ermöglichen es, neue Erkenntnisse über die Regulation des Schlafs zu gewinnen, indem sie Zusammenhänge zwischen Schlafmerkmalen und Genen herstellen, die bisher nicht für eine Rolle in der Schlafregulation bekannt gewesen sind. Außerdem erlauben sie Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Genen. Solche Studien erfordern die Untersuchung einer großen Zahl von Individuen, damit die statistischen Voraussetzungen für zuverlässige Ergebnisse erfüllt sind. 

Eine erste kleinere genomweite Assoziationsstudie hat einen Zusammenhang zwischen dem Gen NPSR1 mit einer Neigung, eher spät ins Bett zu gehen, gezeigt. Dieses Gen kodiert den Rezeptor für das Neuropeptid S, von dem schon lange bekannt ist, dass es eine Rolle in der Regulation der Wachheit spielt. Die Erforschung der genetischen Regulation des gesunden, physiologischen Schlafverhaltens steckt also noch in den Kinderschuhen, steht aber am Anfang einer Entwicklung, die unser Verständnis des Schlafs grundlegend erweitern und vertiefen kann. 

 

Genetische Ursachen von Schlafstörungen

 

Etwas mehr wissen wir bereits über die Rolle der Gene bei verschiedenen Erkrankungen, die mit einer Störung des Schlafverhaltens einhergehen. Es gibt sogar Fehlregulationen des Schlafverhaltens, die durch eine Mutation in einem einzigen Gen verursacht werden. Eine solche Erkrankung ist zum Beispiel die fatale familiäre Insomnie (FFI) oder tödliche familiäre Schlaflosigkeit, die auf einer Mutation im Prion-Gen beruht.

Bei der zum Glück seltenen fatalen familiären Insomnie, die mit der Creutzfeldt-Jakob-Erkrankung verwandt ist, lagern sich Prionen im Gehirn ab und führen zum Absterben zahlreicher Nervenzellen. Meist tritt diese Erkrankung zwischen dem 40. und 60. Lebensjahr auf und äußert sich in einer bis hin zur Schlafunfähigkeit reichenden Abnahme der Schlafzeit, motorischen Störungen (z. B. Muskelzittern, Sprech- und Schluckstörungen), Verhaltensauffälligkeiten und kognitiven Defiziten bis hin zur Entwicklung einer Demenz. Die Erkrankung verläuft stets tödlich.

Aber auch bei anderen Schlafstörungen spielen die Gene eine Rolle – so etwa bei der Narkolepsie, dem Schlafwandeln und dem Schlafapnoe-Syndrom. Interessanterweise gehören einige Gene, die bei Schlafstörungen (z. B. Narkolepsie) eine Rolle spielen, zum sogenannten humanen Leukozytenantigenkomplex (kurz: HLA-Komplex). Die humanen Leukozytenantigene tragen zur Erkennung und Zerstörung körperfremder Stoffe durch die weißen Blutkörperchen bei. Die wichtige Rolle des HLA-Komplexes bei bestimmten Schlafstörungen weist auf eine Beziehung zwischen Schlaf und Immunsystem hin.

Auch bei der Schlafapnoe kommt genetischen Faktoren eine Bedeutung zu. Möglicherweise besteht ein Zusammenhang mit den Genen APOE und ACE. Veränderungen dieser beiden Gene erhöhen u. a. auch das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkran-kungen. Außerdem tragen zur Entstehung einer obstruktiven Schlafapnoe Faktoren wie Übergewicht und die Anatomie des Mund-Rachen-Raums bei, die auch durch genetische Einflüsse mitbestimmt werden. 

 

Fazit

 

Sowohl der gesunde Schlaf als auch Schlafstörungen unterliegen dem Einfluss unserer Gene. Bestimmte Störungen können durch eine Mutation eines Gens verursacht werden. Andere Störungen werden durch genetische Einflüsse mitbedingt. Rhythmik und Dauer unseres Schlafs werden wahrscheinlich durch komplexe Wechselwirkungen zwischen vielerlei genetischen und nicht-genetischen Faktoren bestimmt. Die Erforschung dieser Faktoren kann dazu beitragen, unser Schlafverhalten besser zu verstehen und neue Wege in der Behandlung von Schlafstörungen zu finden.

 

Tabelle 1: Nicht-genetische Faktoren, die den Schlaf beeinträchtigen können:

 

Koffein

Nikotin 

Stressbedingter Anstieg des körpereigenen „Stresshormons“ Kortisol

Psychische Störungen (z. B. Depression, Angst)

Bluthochdruck

Diabetes

Zu viel oder zu wenig Bewegung

Lärm (z. B. schreiendes Kind, Straßenverkehr, Fluglärm)

Licht

Unbequemes Bett

Jetlag

Sozialer Jetlag*

Gesellschaftliche Zeitgeber (z. B. Bürozeiten, Schichtarbeit) 

Gegenseitige Beeinflussung, mehrere Ursachen sind möglich, und ursprüngliche Auslöser können im Lauf der Zeit durch andere ergänzt werden.  

* Beim sogenannten „sozialen Jetlag“ verhält es sich ähnlich wie bei einem durch Langstreckenflüge verursachten Jetlag: Zum sozialen Jetlag kommt es immer dann, wenn zu große Abweichungen zwischen der Zubettgehzeit an Wochentagen und dem Zubettgehen am Wochenende bestehen. Dabei leiden die Betroffenen ebenfalls unter nächtlichen Schlafstörungen, Tagesschläfrigkeit und verminderter geistiger und körperlicher Leistungsfähigkeit.

 

 

Tabelle 2: Genetische Einflüsse auf Schlafstörungen 

 

(Tabelle in PDF-Format)

Störung: Fatale familiäre Schlaflosigkeit

Gen: Mutation im Gen PRNP 

Schlafsymptome: Fatale familiäre Schlaflosigkeit Neurodegenerative Erkrankung mit fortschreitenden Ein- und Durchschlafstörungen bis hin zur Schlaflosigkeit. Tödlicher Verlauf

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Störung: Familiäres vorverlagertes Schlafphasensyndrom

Gen: Mutationen in den Genen PER2 und CKIdelta

Schlafsymptome: Extrem vorverschobener Schlaf-wach-Rhythmus, bei dem die Betroffenen schon um zirka 18 Uhr statt 23 Uhr schläfrig werden und bereits um etwa 4 Uhr statt 7 Uhr aufwachen

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Störung: Narkolepsie

Gen: HLA-assoziiert, außerdem Assoziation mit den Genen MAOA, COMT und TNF 

Schlafsymptome: Tagesmüdigkeit, Kataplexie (plötzlicher Verlust des Muskeltonus bei starken Emotionen), Schlaflähmung 

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Störung: REM-Schlaf-Verhaltensstörung

Gen: Möglicherweise HLA-assoziiert

Schlafsymptome: Seltene Parasomnie, oft im Kontext von neurodegenerativen Erkrankungen. Fehlende Erschlaffung der Skelettmuskulatur im REM-Schlaf mit lebhaften Bewegungen im Traum

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Störung: Schlafwandeln

Gen: HLA-assoziiert

Schlafsymptome: Umhergehen im Tiefschlaf ca. 1–3 Stunden nach dem Einschlafen, wobei der Betroffene sich nach dem Aufwachen nicht mehr an dieses Verhalten erinnert

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Störung: Kleine-Levin-Syndrom

Gen: HLA-assoziiert

Schlafsymptome: Seltene Erkrankung mit Phasen übermäßiger Schläfrigkeit (Hypersomnie), in denen die Patienten bis zu 1–2 Tage am Stück fast ununterbrochen schlafen, sowie mit Essstörungen, gesteigertem sexuellem Verlangen, kognitiven und Verhaltensstörungen

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Störung: Verzögertes Schlafphasensyndrom

Gen: HLA-assoziiert

Schlafsymptome: Nach hinten verschobener Schlaf-wach-Rhythmus, bei dem die Betroffenen erst um zirka 2 Uhr morgens statt um 23 Uhr abends schläfrig werden und am Morgen erst um etwa 10 Uhr statt 7 Uhr aufwachen

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Störung: Zirkadiane Schlaf-wach-Rhythmus-Störung

Gen: Möglicherweise HLA-assoziiert; Assoziationen mit den Genen PER3 und AANAT

Schlafsymptome: Unregelmäßig über den 24-Stunden-Tag verteilte Schlafphasen, Ein- und/oder Durchschlafstörungen mit erhöhter Tagesschläfrigkeit und möglicher täglicher Verschiebung der Einschlaf- und Aufwachzeit um 1–2 Stunden

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Störung: Schlafapnoe-Syndrom

Gen: Mögliche Assoziation mit den Genen APOE und ACE

Schlafsymptome: Tagesschläfrigkeit aufgrund von Durchschlafstörungen, die durch unbemerkte Atempausen während des Schlafs verursacht werden

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Störung: Restless-Legs-Syndrom (RLS)

Gen: Beeinflussung des Schweregrads durch das MAOA-Gen; familiäre Formen mit Bezug zum NTS-Gen

Schlafsymptome: Vor allem abends und nachts Missempfindungen in den Beinen mit unwiderstehlichem Drang, diese zu bewegen, und daraus resultierende Störung des Schlafs

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Ausgabe-1-2012

Das Schlafmagazin 1-2012
Foto: © Stock/Wolfgang Lienbacher

M. Sc. Nadeem Kalak arbeitet als Forschungspsychologe in der Abteilung für Depressionsforschung, Schlafmedizin und Neurophysiologie der Universitären Psychiatrischen Kliniken in Basel. Sein Forschungsschwerpunkt ist Schlaf im Jugendalter.

 

PD Dr. med. Marc Axel Wollmer ist Oberarzt im Bereich Alterspsychiatrie an den Universitären Psychiatrischen Kliniken in Basel. Sein Forschungsschwerpunkt ist die Genetik der Alzheimer-Demenz. Aktuell beschäftigen sich beide Wissenschaftler auch mit der Rolle der Gene bei der Regulation des Schlafs.

 

Korrespondenzadresse:

Nadeem Kalak, M.Sc., Universitäre Psychiatrische Kliniken Basel, Abteilung für Depressionsforschung, Schlafmedizin und Neurophysiologie, Zentrum für Schlafmedizin der Basler Universitäts-kliniken

Wilhelm-Klein-Str. 27; CH-4012 Basel

Tel.: +41 61 3255236; Fax: +41 61 3255513 

E-Mail: nadeem.kalak(at)upkbs.ch


PDF-Dataien:

 

Tabelle 1: Nicht-genetische Faktoren, die den Schlaf beeinträchtigen können

Tabelle 2: Genetische Einflüsse auf Schlafstörungen 

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