Trek in ontbijt om acht uur, een piek van alertheid om tien en een dipje na de lunch rond een uurtje of twee. Het zijn allemaal voorbeelden van je biologische klok die aan het werk is. De heersende opvatting is dat een centrale ‘meesterklok’ in de hersenen deze processen aanstuurt. Onderzoekers uit Californië hebben nu laten zien dat sommige organen zich ook onafhankelijk van deze meesterklok aan een 24-uurs ritme houden.
Veel processen in je lichaam volgen een 24-uurscyclus. Hierbij kan je denken aan je slaapritme, voedingspatroon of de productie van bepaalde hormonen.
‘De mooiste dingen ontdek je door er niet specifiek naar te zoeken’
Medisch bioloog Yvette van Kooyk wil het immuunsysteem leren kankercellen aan te vallen door hun suikerjas-vermomming weg te knippen.
De dirigent die ervoor zorgt dat al deze processen gecoördineerd verlopen, is de suprachiasmatische nucleus (SCN), een klein gebiedje in het brein. De SCN staat via zenuwen in rechtstreekse verbinding met de ogen, waardoor het op dag en nacht kan reageren. De SCN stuurt bijvoorbeeld de productie van melatonine aan, het hormoon dat ervoor zorgt dat je slaperig wordt.
Meerdere klokken
De SCN is niet de enige biologische klok in je lichaam. Elk orgaan heeft zijn eigen klok en volgt zijn eigen 24-uursritme. Onderzoek laat zelfs zien dat ook op celniveau elke cel in het lichaam een vergelijkbaar ritme volgt. Belangrijk hierbij zijn de zogeheten ‘klokgenen’.
Het belangrijkste klokgen is BMAL1. Dieren waarbij dit gen is verwijderd of uitgeschakeld, hebben geen dag/nachtritme meer. Want als het BMAL1-gen is uitgeschakeld, werkt ook het SCN niet meer.
Zonder SCN volgen de individuele cellen nog wel een 24-uurscyclus, maar dat gebeurt afzonderlijk van elkaar. Er zijn dus signalen van ‘buitenaf’ nodig om ervoor te zorgen dat de cellen met elkaar blijven communiceren en synchroon blijven werken zodat organen goed hun taken kunnen uitvoeren, op het juiste moment van de dag.
Het SCN is belangrijk voor het sturen van dit soort signalen van buitenaf, bijvoorbeeld door de productie van hormonen. Ook voedselinname of eetgedrag zijn belangrijke signalen om ervoor te zorgen dat de klokken van organen blijven doortikken.
Onderzoekers van de Universiteit van California – Irvine (UCI) laten nu zien dat sommige organen zich ook aan een 24-uursritme kunnen houden als deze signalen van buitenaf niet aanwezig zijn.
Zonder ritme
De onderzoekers maakten gebruik van drie groepen muizen: gezonde muizen zonder mutaties, muizen zonder het BMAL1-gen, en muizen die alleen een actief BMAL1-gen hadden in hun huid- of levercellen. In die laatste groep werden dus de biologische klokken van de SCN en die van alle organen stilgezet, behalve die van de lever of huid.
Op die manier konden de onderzoekers kijken of de klok van lever en de huid ook werkte zonder hulp en signalen van buitenaf. Het idee was dat de lever en huid geen dag/nachtritme zouden aanhouden als de andere biologische klokken, en vooral die van de meesterklok in het brein, waren uitgeschakeld. Maar het tegenovergestelde bleek waar.
Licht
Zelfs nadat het BMAL1-gen in alle andere cellen werd uitgeschakeld, kon de lever toch bepaalde processen – zoals het omzetten van glucose in energie – aansturen en starten, en daarbij reageren op veranderingen van dag en nacht. Alleen wanneer de muizen in een volledig donkere ruimte zaten, stopte de leverklok met werken.
‘Dat is heel onverwacht’, zegt Andries Kalsbeek, hoogleraar experimentele neuro-endocrinologie aan het Amsterdam UMC en groepsleider op het Nederlands Herseninstituut. ‘Het idee was echt dat als je het BMAL1-gen zou uitschakelen, dat het hele dier dan a-ritmisch zou worden. Maar dat een licht/donker-cyclus toch op een of andere manier die klokgenen ritmisch kan houden, dat is verrassend. Licht blijkt dus nog belangrijker dan we aanvankelijk dachten voor het in stand houden van een 24-uursritme. Hoe deze lichtinformatie de lever bereikt, is nu de grote open vraag.’