Naar de content

Nobelprijs naar onderzoek aan de biologische klok

Nobel Media 2017

De Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde gaat dit jaar naar drie Amerikanen. Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash en Michael W. Young krijgen de prijs voor hun werk aan de biologische klok. Zij ontrafelden de moleculaire mechanismen waarmee de klok het dagelijks ritme reguleert.

2 oktober 2017

Mimosa kan zijn blaadjes openen en sluiten. Dit gebeurt onder invloed van de biologische klok.

 Wikimedia Commons, H. Zell via CC BY-SA 3.0

Wie een verre vliegreis maakt en meerdere tijdszones doorkruist, heeft bij aankomst vaak last van een jetlag. Op het moment dat het op je vakantiebestemming midden op de dag is, ben jij doodmoe; breekt de avond aan, dan ben je klaarwakker en kun je niet meer in slaap komen. Dat komt door je biologische klok. Die staat ingesteld op het ritme van je thuisland. Als je een verre reis maakt, duurt het een paar dagen voordat je biologische klok zich heeft aangepast aan het ritme van je vakantieland.

Dat biologische klokken bestaan is al bekend sinds de achttiende eeuw. De Franse astronoom Jean Jacques d’Ortous de Mairan bestudeerde in die tijd _mimosa_-planten. Die planten openen hun blaadjes bij daglicht en vouwen hun blaadjes dicht als het nacht wordt. d’Ortous de Mairan vroeg zich af wat er zou gebeuren als hij de planten in een constant donkere ruimte zou plaatsen. Ook dan bleven de blaadjes op gezette tijden openen en dichtvouwen. Blijkbaar wordt het openen en vouwen van de blaadjes dus intern geregeld, door een soort klok.

24-uurs cyclus

Het duurde tot de jaren zeventig voordat onderzoekers een gen vonden dat belangrijk is voor de werking van de biologische klok. De Amerikaanse bioloog Seymour Benzer ontdekte dat veranderingen (mutaties) in een onbekend gen de werking van de biologische klok van fruitvliegjes verstoort. Hij noemde het gen period.

In 1984 slaagden de Amerikaanse biologen Jeffrey Hall en Michael Rosbash erin om het gen period uit fruitvliegjes te isoleren. Zij zagen dat period codeert voor het eiwit PER en ontdekten bovendien dat PER in de kern van cellen ophoopt gedurende de nacht en dat het eiwit overdag weer wordt afgebroken. De hoeveelheid PER-eiwit schommelt daarmee in een 24-uurs cyclus.

Ontbrekend puzzelstukje

De volgende belangrijke vraag was hoe die schommeling tot stand komt en een constant ritme blijft houden. Hall en Rosbash bedachten dat het eiwit PER de activiteit van het gen period kan remmen. ’s Nachts is het gen period actief en hoopt PER op in de kern van cellen. PER remt daar de activiteit van het gen period en stopt daarmee zijn eigen productie. Overdag wordt er dan ook geen eiwit geproduceerd, tot het moment dat het remmende PER-eiwit helemaal is afgebroken. Dan wordt het gen period weer actief en komt de productie van nieuwe PER-eiwitten op gang.

In dit model mist echter nog één puzzelstukje. Hall en Rosbash zagen wel dat PER in de kern aanwezig was, maar hadden geen idee hoe het daar was gekomen. PER wordt namelijk aangemaakt in het cytoplasma van de cel. In 1994 vond de Amerikaanse bioloog Michael Young het ontbrekende puzzelstukje. Hij ontdekte een tweede gen, timeless. Timeless is verantwoordelijk voor de productie van het eiwit TIM. TIM bindt aan PER en samen kunnen die twee eiwitten de kern ingaan om het gen period te remmen.

Mismatch

Ondertussen zijn er nog meer eiwitten ontdekt die een rol spelen bij het reguleren van de biologische klok. Tezamen regelen zij het ritme van de klok heel precies. Dankzij de biologische klok past ons lichaam zich aan verschillende omstandigheden gedurende de dag aan. Zo heeft de werking van de klok invloed op bijvoorbeeld je slaappatroon, de afgifte van hormonen en het regelen van de bloeddruk en de lichaamstemperatuur.

In deze schematische 24-uurs cyclus kun je zien welke processen de biologische klok allemaal beïnvloedt.

 Wikimedia Commons, YassineMrabet via CC BY-SA 3.0

Onderzoek heeft uitgewezen dat een chronische mismatch tussen het ritme van de biologische klok en de leefstijl kan leiden tot ziekten zoals kanker, neurodegeneratieve aandoeningen (bijvoorbeeld de ziekte van Alzheimer of Parkinson), metabole ziekten en ontstekingen. Inmiddels proberen wetenschappers de biologische klok dusdanig aan te passen dat mensen gezond blijven. Dit zou onmogelijk zijn zonder het fundamentele werk van Hall, Rosbash en Young.

Bron:
ReactiesReageer