De mens wordt, net als de meeste organismen, voortdurend blootgesteld aan afwisselend koudere of warmere temperaturen. Deze omgevingsvariaties veroorzaken opvallende metabolische effecten en vereisen constante aanpassingen. Hoewel sommige van deze aanpassingen bepaalde gunstige effecten op de gezondheid hebben, was de impact van koude en warmte op de verschillende organen in een context van het hele lichaam niet bekend. Om het algehele biologische mechanisme dat op het spel staat te begrijpen, analyseerde een team van de Universiteit van Genève (UNIGE) gelijktijdig veranderingen in genexpressie in verschillende organen bij muizen. Ze ontdekten dat alle organen sterk reageren op temperatuurveranderingen, elk met hun eigen specifieke modulatie. Om onderzoek en mogelijke therapeutische toepassingen te stimuleren, creëerden de wetenschappers een webgebaseerde applicatie waar duizenden genexpressieprofielen vrij toegankelijk zijn. Deze resultaten zijn te lezen in het tijdschrift eLife.
Temperatuur is een van de belangrijkste omgevingsfactoren waaraan levende wezens worden blootgesteld. Blootstelling aan koude of warmte heeft opvallende effecten op het metabolisme en de gezondheid, en de implicatie van temperatuur voor de menselijke gezondheid blijkt ook uit de geografische spreiding van de incidentie van bepaalde ziekten. Maar in welke mate draagt het leven in een koudere of warmere omgeving, naast de fysiologische reactie van sommige weefsels, bij aan biologische veranderingen in het hele lichaam?
“In onze eerdere onderzoeken hadden we al vastgesteld dat temperatuur grote effecten had op het functioneren van bepaalde organen”, legt Mirko Trajkovski uit, hoogleraar bij de afdeling Celfysiologie en Metabolisme en in het Diabetescentrum van de UNIGE-faculteit Geneeskunde, die leiding gaf aan dit onderzoek.
“We weten nu dat blootstelling aan kou gewichtsverlies bevordert door de verhoogde thermogenese en de symptomen van multiple sclerose verlicht, terwijl blootstelling aan warmte beschermende effecten heeft op bepaalde leeftijdsgerelateerde ziekten, zoals osteoporose. Maar wat gebeurt er op de schaal van het hele organisme? Onze eerdere resultaten wijzen inderdaad op contextafhankelijke effecten van temperatuurveranderingen op verschillende organen en ziekten, maar de algehele aanpassing van het organisme moet op een integratieve manier worden aangepakt.”
Alle organen reageren anders
Om dit doel aan te pakken, analyseerden de wetenschappers de expressie van genen in elf organen (alle vetweefsels, spieren, lever, hersenen, hypothalamus, ileum, ruggenmerg, milt en beenmerg) van drie groepen muizen die waren blootgesteld aan een temperatuur van 10°C, 22°C of 34°C. “Uit de gegevens blijkt dat het hele lichaam sterk reageert op temperatuurveranderingen”, zegt Mirko Trajkovski. “Er is echter geen uniforme respons: elk orgaan verandert zijn genexpressie op zijn eigen manier, enigszins anders dan de rest van de weefsels.”
Om beter te begrijpen of dit fenomeen te wijten was aan de unieke expressie van genen die specifiek zijn voor elk orgaan, voerde het onderzoeksteam aanvullende analyses uit, waarbij de nadruk lag op genen die tot expressie worden gebracht in alle organen. En zelfs als we alleen naar deze beperkte set genen kijken, waren de verschillen in activering nog steeds opvallend.
Naar therapeutische aanbevelingen?
“De wetenschap dat blootstelling aan wisselende temperaturen grote effecten heeft op metabole ziekten zoals obesitas en osteoporose, of zelfs op auto-immuunziekten, wijst op het gebruik van temperatuurverschuivingen als mogelijke therapeutische interventie in de levensstijl. We moeten echter eerst de temperatuurgeïnduceerde effecten op een integratieve manier door het hele lichaam ontcijferen, en niet alleen op een enkel orgaanniveau. Ons werk maakt precies dat mogelijk: het onderzoeken en begrijpen van de mechanismen die in verschillende organen tegelijk aan het werk zijn”, zegt Mirko Trajkovski.
Om het onderzoek op dit opkomende gebied te versnellen, heeft het team van Genève een gratis te gebruiken en gemakkelijk toegankelijke webtoepassing gemaakt waarmee gebruikers, zowel wetenschappers als het grote publiek, kunnen zoeken naar de expressie van duizenden genen als reactie op blootstelling aan koude of warmte in verschillende organen. “Deze resultaten zullen het nuttigst zijn als ze door een groot aantal mensen worden gedeeld en geëxploiteerd”, besluit Mirko Trajkovski.
https://metlabomics.unige.ch/Search