Niets in de biologie is statisch. Biologische processen fluctueren in de tijd, en als we een nauwkeurig beeld willen krijgen van cellen, weefsels, organen enz., Moeten we rekening houden met hun tijdelijke patronen. In feite heeft deze inspanning geleid tot een heel vakgebied dat bekend staat als “chronobiologie”.
De lever is een goed voorbeeld. Alles wat we eten of drinken wordt daar uiteindelijk verwerkt om voedingsstoffen te scheiden van afvalstoffen en om het metabolische evenwicht van het lichaam te reguleren. In feite is de lever als geheel uitgebreid tijdgereguleerd, en dit patroon wordt georkestreerd door de zogenaamde circadiane klok, de interne metronoom van ons lichaam, evenals door biochemische signalen en eetritmes.
Maar de lever is eigenlijk verdeeld in kleine zich herhalende eenheden die “lobben” worden genoemd, waarin verschillende zones verschillende functies vervullen. Deze ingewikkelde ruimtelijke organisatie staat bekend als “leverzonering”. Zo vindt de afbraak van suikers tijdens de vertering bij voorkeur plaats aan de ene kant van de lobulus, de zogenaamde centrale zone, terwijl de productie van glucose terwijl we rusten uit voorraden zoals vet, aan de andere kant van de lever plaatsvindt, aan de andere kant van de lever. de portaalzijde.
Tot dusverre is leverzonering alleen statisch bestudeerd, waarbij is gekeken naar wat elke zone onafhankelijk van de tijd doet, en vice versa. En gezien hoe centraal de lever is in de fysiologie van zoogdieren, moeten de twee onderzoeksbenaderingen hun inspanningen bundelen om te begrijpen hoe tijdelijke en ruimtelijke leverprogramma’s op elkaar inwerken.
In een allereerste studie zijn wetenschappers van EPFL en het Weizmann Institute of Science, onder leiding van professoren Felix Naef van de School of Life Sciences van EPFL en Shalev Itzkovitz van de Weizmann, in staat geweest om de ruimtelijke verschuivingen van genexpressie in leverkwabben in relatie te volgen. naar de circadiane klok. Het bestuderen van deze link is een focus van Naef’s onderzoek, dat eerder verbanden heeft blootgelegd tussen de circadiane klok en de eiwitten van de lever, onze celcycli en zelfs de 3D-structuur van chromatine, het dicht opeengepakte DNA in de celkern.
De studie kwam voort uit een EPFL-Weizmann gezamenlijke subsidie van de Rothschild Caesarea Foundation.
Door gebruik te maken van het vermogen om leverweefsel in elke individuele cel te analyseren, bestudeerden de onderzoekers ongeveer 5000 genen in levercellen op verschillende tijdstippen gedurende de dag van 24 uur. Vervolgens classificeerden ze de ruimte-tijdpatronen die ze ontdekten statistisch met een model dat zowel ruimtelijke als temporele variaties in de niveaus van boodschapper-RNA (mRNA), een marker van genexpressie, kan vastleggen.
Uit het onderzoek bleek dat veel van de levergenen zowel gezoneerd als ritmisch lijken te zijn, wat betekent dat ze worden gereguleerd door zowel hun locatie in de lever als het tijdstip van de dag. Deze dubbel gereguleerde genen zijn meestal gekoppeld aan sleutelfuncties van de lever, b.v. het metabolisme van lipiden, koolhydraten en aminozuren, maar omvatten ook een paar genen die nooit in verband zijn gebracht met metabolisme, b.v. genen gerelateerd aan chaperonne-eiwitten, die andere biomoleculen helpen hun 3D-structuur te veranderen of zelfs te monteren en te demonteren.
“Het werk onthult een rijkdom aan ruimte-tijd genexpressie dynamiek van de lever, en laat zien hoe compartimentering van de leverfunctie in zowel ruimte als tijd een kenmerk is van metabolische activiteit in de lever van zoogdieren”, zegt Felix Naef.