Circadiaanse ritmes, ook bekend als de interne klok van het lichaam, coördineren de timing van biochemische, fysiologische en gedragsmatige processen. Verstoringen van deze klok kunnen verschillende ziekten veroorzaken, waaronder kanker, hart- en vaatziekten en vatbaarheid voor infecties.
De rust-waakcyclus wordt nu beter begrepen dankzij onderzoek van de Universiteit van Massachusetts Amherst over genetische mutaties die invloed hebben op circadiane ritmes. Dit werk geeft ook een nieuw perspectief op de manier waarop ziekten bij de mens kunnen worden bestudeerd en uiteindelijk nieuwe medische behandelingen kunnen worden gecreëerd.
Neurobioloog Eric Bittman, emeritus hoogleraar biologie, zei: “We bestuderen twee mutaties, die allebei invloed hebben op ons vermogen om te reageren op verschuivingen in de lichtcyclus. Beiden versnellen de klok. Ze laten zien hoe kwetsbaar we zijn voor verstoringen in het licht: donker schema.”
Wetenschappers hebben een recessieve mutatie, die zij Duper noemen, geïdentificeerd als een defect in het circadiane regulatorgen Cryptochrome 1 (CRY1) van Syrische hamsters. Ze verbeterden het ontwerp van het hamstergenoom met behulp van snelle homozygositeitskartering, wat resulteerde in een geavanceerd genetisch onderzoeksmodel voor het onderzoeken van menselijke aandoeningen.
Het onderzoeksteam richt zich op de gevolgen van stress bij genetisch gemodificeerde hamsters vervolgpapier zojuist gepubliceerd in PNAS. De wetenschappers vonden voorheen niet-onderkende rollen voor CRY1 bij hartziekten en circadiane meesleuren, wat de synchronisatie is van de biologische klok met externe signalen.
Bittman legt uit, “Duper versnelt de klok onder constante omstandigheden, en kan zelfs 180 graden verschuiven als reactie op zelfs een korte lichtpuls. We vermoeden dat dit relevant kan zijn voor het begrijpen van de effecten van jetlag en ploegendienst.”
“De organen van het lichaam resetten hun klokken met verschillende snelheden na een circadiane verstoring. Aangenomen wordt dat deze tijdelijke verkeerde uitlijning nadelige gezondheidseffecten veroorzaakt die verband houden met wi ploegendienst. Bijna al onze fysiologische processen zijn ritmisch.”
Bij cardiomyopathische hamsters werd de levensduur verkort door faseverschuivingen van acht uur, die om de week een jetlag nabootsten. De kortere levensduur van de gemuteerde hamsters werd echter omgekeerd omdat de mutatie hun aanpassing aan de licht-donkercyclusverschuiving versnelde.
Bittman zei, "De bevindingen hebben implicaties voor het opsporen van de routes die betrokken zijn bij menselijke biologische klokken."
“Voor mensen met een jetlag of voor de miljoenen mensen die in ploegendienst werken, kan het dagen en soms weken duren voordat het lichaam – de verschillende organen – weer in hun normale temporele relatie terugkeren. Velen van ons ons circadiaanse systeem verstoren 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.”
“Uit het onderzoek blijkt dat we ons allemaal bewust moeten zijn van de invloed die de omgeving op ons heeft biologische klokken. Ziekenhuizen moeten met name gevoelig zijn voor de timing van licht en duisternis in patiëntenkamers. “We moeten aandacht besteden aan de temporele relatie tussen organen en tussen de hoofdklok en de hersenen, en hoe deze de klok in de hersenen regelt, evenals in de perifere organen, en gevoelig zijn voor het licht: een donkere omgeving.”
Journal Reference:
- Chip Sisson et al. De duper-mutatie onthult voorheen onvermoede functies van Cryptochroom 1 bij circadiane meesleuren en hartziekten. PNAS DOI: 10.1073 / pnas.2121883119
