EPFL-onderzoekers hebben de fijne kneepjes van genexpressie ritmes bij mensen blootgelegd, wat een nieuw licht werpt op hoe geslacht en leeftijd onze lichaamsklokken beïnvloeden.
Het menselijk lichaam werkt op een fijn afgestemde klok die is gesynchroniseerd met de 24-uurs cyclus van de rotatie van de aarde, bekend als de circadiane klok, die verschillende fysiologische processen regelt, zoals de slaap-waakcyclus, hormoonproductie en metabolisme.
In een nieuwe studie konden onderzoekers onder leiding van Felix Naef van EPFL de organisatie van weefsel specifieke genexpressie ritmes bij mensen blootleggen en licht werpen op hoe onze lichaamsklokken afhangen van geslacht en leeftijd.
In modelorganismen wordt het analyseren van moleculaire ritmes meestal gedaan met behulp van tijdstempel metingen – maar dergelijke gegevens zijn niet direct beschikbaar bij mensen. Om dit te omzeilen, gebruikten de onderzoekers bestaande metingen van een groot cohort postmortale donoren, gecombineerd met een nieuw computeralgoritme dat was ontworpen om interne kloktijden toe te wijzen aan bijna duizend donoren.
“Interessant genoeg bleek het door ons ontwikkeld algoritme voor datawetenschap te lijken op modellen van magnetische systemen die goed zijn bestudeerd in de statistische fysica”, zegt Felix Naef. Met behulp van deze innovatieve benadering verkregen de onderzoekers de eerste uitgebreide en nauwkeurige weergave van het hele organisme van 24-uurs gen expressie ritmes in 46 menselijke weefsels.
Uit de studie bleek dat de eigenschappen van de kernklok machinerie in het hele lichaam behouden blijven en niet significant veranderen met geslacht en leeftijd. Aan de andere kant onthulde de analyse uitgebreide programma’s van genexpressie ritmes in belangrijke compartimenten van het metabolisme, stress responsroutes en immuunfunctie, en deze programma’s piekten twee keer per dag.
In feite laat de opkomende organisatie van circadiane timing in het hele lichaam zien dat ritmische genexpressie plaatsvindt als ochtend- en avondgolven, waarbij de timing in de bijnier het eerst piekt, terwijl hersengebieden een veel lagere ritmiek vertoonden in vergelijking met metabole weefsels.
Het verdelen van de donoren naar geslacht en leeftijd onthulde een voorheen onbekende rijkdom aan geslachts- en leeftijds specifieke genexpressie ritmes verspreid over biologische functies. Opvallend was dat genexpressie ritmes geslachts dimorf waren (verschillend bij mannen en vrouwen) en meer aanhoudend bij vrouwen, terwijl ritmische programma’s over het algemeen met de leeftijd over het hele lichaam afnamen.
Sekse-dimorfe ritmes – verwijzend naar de verschillen tussen mannen en vrouwen – waren vooral merkbaar in de “xenobiotische ontgifting” van de lever, het proces waarbij de lever schadelijke stoffen afbreekt. Bovendien ontdekte de studie dat naarmate mensen ouder worden, het ritme van gen expressie in de hartslagaders afneemt, wat zou kunnen verklaren waarom oudere mensen vatbaarder zijn voor hartaandoeningen. Deze informatie kan nuttig zijn op het gebied van ‘chrono farmacologie’, de studie van hoe de interne klok van een persoon de effectiviteit en bijwerkingen van medicatie beïnvloedt.
De studie biedt nieuwe inzichten in het complex samenspel tussen onze biologische klok, geslacht en leeftijd. Door deze ritmes te begrijpen, kunnen we nieuwe manieren vinden om pathologieën zoals slaapstoornissen en stofwisselingsziekten te diagnosticeren en te behandelen.
Vertaling persbericht: Andre Teirlinck