Het genetische mechanisme: hoe onze interne klokken werken

2024 Auteur: Malcolm Clapton | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 04:06

Iedereen heeft wel eens van de interne klok gehoord, maar weinig mensen weten hoe ze werken. Twee groepen wetenschappers uit de Verenigde Staten hebben grootschalig onderzoek gedaan om te begrijpen hoe onze klokken werken en wat hun effect op het lichaam is.

De hele dag door luisteren we naar het "tikken" van de klok in ons lichaam. Het is dit dat ons 's ochtends wakker maakt en ons 's nachts slaperig maakt. Het is het die onze lichaamstemperatuur op het juiste moment verhoogt en verlaagt, de productie van insuline en andere hormonen reguleert.

De interne klok van het lichaam, het tikken dat we voelen, wordt ook wel circadiaanse ritmes genoemd.

Deze ritmes beïnvloeden zelfs onze gedachten en gevoelens. Psychologen bestuderen hun effecten op het menselijk brein door vrijwilligers te dwingen cognitieve tests af te nemen op verschillende tijdstippen van de dag.

Het bleek dat die ochtend de beste tijd is om taken uit te voeren waarvoor de hersenen moeten multitasken. Als u meerdere informatielagen tegelijk in uw hoofd moet hebben en deze gegevens snel moet verwerken, moet u aan het begin van de dag beginnen met werken. Maar de tweede helft van de dag is goed geschikt voor het verwerken van eenvoudige en begrijpelijke taken.

Circadiane ritmes hebben ook een enorme impact op mensen die lijden aan een depressie of een bipolaire stoornis. Mensen met deze problemen slapen slecht en voelen de hele dag de drang om te drinken. Sommige dementiepatiënten ervaren een bijzonder "zonsondergangseffect": aan het eind van de dag worden ze agressief of verdwalen ze in ruimte en tijd.

"Slaap- en activiteitscycli zijn een cruciaal onderdeel van geestesziekten", zegt Huda Akil, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Michigan. Daarom hebben neurowetenschappers moeite om te begrijpen hoe onze interne klokken werken en welk effect ze hebben op onze hersenen. Maar onderzoekers kunnen niet zomaar de schedel openen en kijken hoe cellen de klok rond werken.

Enkele jaren geleden schonk de University of California hersenen voor onderzoek, die na het overlijden van donoren zorgvuldig werden bewaard. Sommigen van hen stierven in de vroege ochtend, anderen in de middag of 's nachts. Dr. Akil en haar collega's besloten te onderzoeken of het ene brein verschilt van het andere en of het verschil afhangt van het moment waarop de donor stierf.

"Misschien lijkt onze gok u eenvoudig, maar om de een of andere reden heeft niemand er eerder over nagedacht", zegt Dr. Akil.

Zij en haar collega's selecteerden hersenspecimens van 55 gezonde mensen die stierven bij een plotseling ongeval, zoals een auto-ongeluk. Van elk brein namen de onderzoekers weefselmonsters van die lobben die verantwoordelijk zijn voor leren, geheugen en emotie.

Ten tijde van het overlijden van de donor codeerden genen in hersencellen actief voor een eiwit. Dankzij het feit dat de hersenen snel werden bewaard, kunnen wetenschappers de activiteit van genen op het moment van overlijden beoordelen.

De meeste genen die de onderzoekers testten, vertoonden geen patroon in hun prestaties gedurende de dag. Meer dan 1.000 genen vertonen echter een dagelijkse cyclus van activiteit. De hersenen van mensen die op hetzelfde tijdstip stierven, vertoonden dezelfde genen aan het werk.

De activiteitspatronen waren bijna identiek, zozeer zelfs dat ze als tijdstempel konden worden gebruikt. Dankzij het meten van de activiteit van deze genen was het bijna onmiskenbaar vast te stellen op welk moment iemand stierf.

Vervolgens testten de onderzoekers de hersenen van die donoren die leden aan klinische depressie. Hier werd het tijdstempel niet zomaar omvergeworpen: het leek erop dat deze patiënten in Duitsland of in Japan woonden, maar niet in de Verenigde Staten.

De resultaten van het uitgevoerde werk zijn in 2013 gepubliceerd. Onderzoekers van de Universiteit van Pittsburgh lieten zich door hen inspireren en probeerden het experiment te reproduceren.

'Zo'n onderzoek hadden we niet eerder kunnen bedenken', zegt neuroloog Colleen McClung. Dr. McKlang en haar collega's waren in staat om 146 hersenspecimens uit het donorprogramma van de universiteit te testen. De resultaten van het experiment zijn vrij recent gepubliceerd.

Maar het team van Dr. McClang was niet alleen in staat om de resultaten van het vorige experiment te herhalen, maar ook om nieuwe gegevens te verkrijgen. Ze vergeleken patronen van genactiviteit in de hersenen van jonge en oude mensen en vonden een intrigerend verschil.

Wetenschappers hoopten een antwoord te vinden op de vraag: waarom veranderen de circadiane ritmes van mensen naarmate ze ouder worden? Immers, naarmate mensen ouder worden, neemt de activiteit af en veranderen de ritmes. Dr. McClang ontdekte dat sommige van de genen die het meest actief waren in de dagelijkse cycli, op 60-jarige leeftijd niet meer in gebruik waren.

Het is mogelijk dat sommige ouderen stoppen met het produceren van het eiwit dat nodig is om hun interne klok te laten lopen.

Ook waren de onderzoekers verrast toen ze ontdekten dat sommige genen alleen op oudere leeftijd in actief dagelijks werk werden opgenomen. "Het lijkt erop dat de hersenen het uitschakelen van sommige genen proberen te compenseren door het werk van anderen door de extra klok te activeren", zegt Dr. McClang. Misschien is het vermogen van de hersenen om reserve-circadiaanse ritmes te creëren een verdediging tegen neurodegeneratieve ziekten.

Overschakelen naar een reserve interne klok kan door artsen worden gebruikt om circadiane ritmestoornissen te behandelen. Onderzoekers experimenteren nu met dierlijke genen en proberen te begrijpen hoe de genen van de interne klok worden geactiveerd en uitgeschakeld.

Met andere woorden, wetenschappers luisteren naar het "tikken" en willen begrijpen: wat proberen de hersenen ons te vertellen?