Nieuw genetisch onderzoek door UMass Amherst gaat vooruit

Neurowetenschapper richt zich op circadiaanse ritmes

afbeelding: Eric Bittman is emeritus hoogleraar biologie aan de UMass Amherst.
visie meer

Krediet: UMass Amherst

Amherst-onderzoek van de Universiteit van Massachusetts naar genetische mutaties die het circadiaanse ritme beïnvloeden, biedt nieuw inzicht in de rust-waakcyclus en biedt een nieuw model voor het onderzoeken van menselijke ziekten en uiteindelijk voor het ontwikkelen van medische behandelingen.

Verstoringen van de interne klok van het lichaam – die de timing van biochemische, fysiologische en gedragsprocessen coördineert – worden in verband gebracht met een reeks ziekten, waaronder kanker, cardiovasculaire aandoeningen en vatbaarheid voor infecties, evenals een hoger risico op ongevallen. Veelvoorkomende verstoringen van circadiane ritmes zijn jetlag en ploegendiensten, die worden uitgevoerd door ongeveer 30 miljoen mensen in de VS

„We bestuderen twee mutaties, die beide invloed hebben op ons vermogen om te reageren op verschuivingen van de lichtcyclus“, zegt neurobioloog Eric Bittman, emeritus hoogleraar biologie. “Beiden versnellen de klok. Ze laten zien hoe kwetsbaar we zijn voor verstoringen in het licht:donker schema.”

Bij zoogdieren worden circadiane ritmes intern gegenereerd door een meester-pacemaker in de suprachiasmatische kern van de hypothalamus in de hersenen. Bovendien heeft elke cel in het lichaam zijn eigen circadiane klok, die de hoofdpacemaker coördineert. In de normale, licht:donkere en fluctuerende omgeving creëren circadiane klokken cycli van 24 uur. In constante omstandigheden, zoals wanneer hamsters in het donker worden bestudeerd, genereren de ritmes echter cycli waarvan de periode langer of korter is dan 24 uur.

„Wat dit ons onthult, is dat er een intern mechanisme is dat ritmiek genereert, en dat de dieren signalen uit de omgeving gebruiken, waarvan de krachtigste de licht-donkercyclus is, om het tot precies 24 uur te synchroniseren“, zegt Bitman.

In eerder onderzoek identificeerden Bittman en team een ​​recessieve mutatie, die ze duper noemen, als een defect in het circadiane regulatorgen Cryptochrome 1 (CRY1) van Syrische hamsters. Door het ontwerp van het hamstergenoom te verbeteren met behulp van snelle homozygositeitsmapping, creëerden ze een modern genetisch onderzoeksmodel voor het onderzoeken van menselijke ziekten.

In een vervolgartikel dat onlangs is gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences (PNAS), richt het onderzoeksteam zich op de effecten van duper bij genetisch veranderde hamsters. De wetenschappers identificeren voorheen onvermoede functies van CRY1 in circadiane entrainment, dat is de synchronisatie van de biologische klok met externe signalen, en hartaandoeningen.

„Duper versnelt de klok onder constante omstandigheden en zorgt ervoor dat hij tot 180 graden kan verschuiven als reactie op zelfs een korte lichtpuls“, legt Bittman uit. „We vermoeden dat dit relevant kan zijn voor het begrijpen van de effecten van jetlag en ploegenarbeid.“

De organen van het lichaam resetten hun klokken met verschillende snelheden na circadiane verstoring. Aangenomen wordt dat deze tijdelijke verkeerde uitlijning de nadelige gezondheidseffecten veroorzaakt die samenhangen met ploegenarbeid. „Bijna al onze fysiologische processen zijn ritmisch“, zegt Bittman.

De onderzoekers ontdekten dat circadiane heropname wordt versneld in duper-mutante hamsters, onafhankelijk van het versnellen van de klok. In een poging om meer te begrijpen over de gevolgen voor de gezondheid van circadiane verkeerde uitlijning, onderzochten de onderzoekers de effecten van duper en faseverschuivingen op een hamstermodel van hartaandoeningen waarvan bekend is dat het verergert door faseverschuivingen.

Gesimuleerde jetlag, in de vorm van acht uur durende faseverschuivingen elke tweede week, verkortte de levensduur van cardiomyopathische hamsters. De verkorte levensduur werd echter omgekeerd bij duper-hamsters omdat de mutatie hun aanpassing aan de verschuiving van de licht-donkercycli versnelde. Bittman zegt dat de bevindingen implicaties hebben voor het lokaliseren van de paden die betrokken zijn bij menselijke biologische klokken.

„Voor mensen met een jetlag of de miljoenen ploegenarbeiders kan het dagen en soms weken duren voordat het lichaam – de verschillende organen – weer in hun normale temporele relatie komen“, zegt hij. Velen van ons verstoren ons circadiane systeem wanneer we laat in de avond aan licht worden blootgesteld, bijvoorbeeld door naar mobiele telefoons en computerschermen te kijken. „Het kan een paar weken duren voordat je hersenen de juiste relatie hebben met je lever en nieren“, voegt Bittman toe.

Het onderzoek suggereert dat we ons allemaal bewust moeten zijn van hoe de omgeving onze biologische klokken beïnvloedt. In het bijzonder moeten ziekenhuizen gevoelig zijn voor de timing van licht en duisternis in patiëntenkamers. „We moeten aandacht besteden aan de tijdelijke relatie tussen organen en tussen de hoofdklok en de hersenen, en hoe deze de klok in de hersenen en in de perifere organen reguleert, en gevoelig zijn voor de licht:donkere omgeving,“ zegt Bitman.

Bovendien is het begrijpen van de ritmes van de organen een cruciaal aspect in de timing van medische behandeling. „Heel veel medicijnen die worden toegediend, zijn op het ene moment van de dag effectiever dan het andere, omdat de circadiane klok al deze metabole routes reguleert die in feite het doelwit zijn van deze medicijnen“, zegt Bittman.

Lopend onderzoek zal zich richten op het identificeren van de onderliggende mechanismen van de biologische klokken en hun rol bij ziekte.


Vrijwaring: AAAS en EurekAlert! zijn niet verantwoordelijk voor de juistheid van persberichten die op EurekAlert! door bijdragende instellingen of voor het gebruik van informatie via het EurekAlert-systeem.

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert