Nieuwe publicaties
De biologische klok handhaaft een cyclus van 24 uur door de werking van genen te veranderen in warme omstandigheden
Laatst beoordeeld: 27.07.2025
Alle iLive-inhoud wordt medisch beoordeeld of gecontroleerd op feiten om zo veel mogelijk feitelijke nauwkeurigheid te waarborgen.
We hebben strikte richtlijnen voor sourcing en koppelen alleen aan gerenommeerde mediasites, academische onderzoeksinstellingen en, waar mogelijk, medisch getoetste onderzoeken. Merk op dat de nummers tussen haakjes ([1], [2], etc.) klikbare links naar deze studies zijn.
Als u van mening bent dat onze inhoud onjuist, verouderd of anderszins twijfelachtig is, selecteert u deze en drukt u op Ctrl + Enter.
Onderzoekers onder leiding van generaal Kurosawa van het RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS) in Japan hebben met behulp van theoretische natuurkunde ontdekt hoe onze biologische klok een stabiele cyclus van 24 uur handhaaft, zelfs als de temperatuur verandert.
Ze ontdekten dat deze stabiliteit wordt bereikt door een subtiele verschuiving in de 'vorm' van genactiviteitsritmes bij hogere temperaturen, een proces dat bekend staat als golfvormvervorming. Dit proces helpt niet alleen om de tijd nauwkeurig te houden, maar beïnvloedt ook hoe goed onze interne klokken synchroniseren met de dag-nachtcyclus. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift PLOS Computational Biology.
Heb je je ooit afgevraagd hoe je lichaam weet wanneer het tijd is om te gaan slapen of wakker te worden? Het antwoord is simpel: je lichaam heeft een biologische klok die ongeveer 24 uur per dag werkt. Maar omdat de meeste chemische reacties versnellen naarmate de temperatuur stijgt, is het een raadsel hoe het lichaam de temperatuurschommelingen gedurende het jaar compenseert – of zelfs wanneer we ons verplaatsen van de zomerse hitte naar de koelte van kamers met airconditioning.
De biologische klok werkt door cyclische fluctuaties in de mRNA-niveaus – de moleculen die coderen voor de eiwitproductie – die optreden wanneer bepaalde genen ritmisch aan- en uitgezet worden. Net zoals de beweging van een slinger beschreven kan worden door een wiskundige sinusgolf, die geleidelijk op- en neergaat, kan het ritme van de mRNA-productie en -afbraak weergegeven worden door een oscillerende golf.
Het team van Kurosawa bij RIKEN iTHEMS paste, samen met collega's van de YITP Universiteit van Kyoto, methoden uit de theoretische natuurkunde toe om de wiskundige modellen te analyseren die deze ritmische oscillaties van mRNA beschrijven. Ze gebruikten met name de renormalisatiegroepmethode, een krachtige tool uit de natuurkunde waarmee belangrijke, langzaam veranderende dynamische processen uit het mRNA-ritmesysteem kunnen worden gehaald.
Uit de analyse bleek dat bij stijgende temperatuur de mRNA-niveaus sneller stegen en langzamer daalden, maar dat de duur van één cyclus constant bleef. Op een grafiek leek dit ritme bij hoge temperaturen op een vervormde, asymmetrische golf.
Om de theoretische conclusies bij levende organismen te testen, analyseerden de onderzoekers experimentele gegevens van fruitvliegjes en muizen. Bij verhoogde temperaturen vertoonden deze dieren inderdaad de voorspelde golfvormvervormingen, wat de juistheid van het theoretische model bevestigde.
De wetenschappers concluderen dat vervorming van de golfvorm essentieel is voor temperatuurcompensatie in de biologische klok, met name voor het vertragen van de daling van mRNA-niveaus bij elke cyclus.
Het team ontdekte ook dat golfvormvervorming de synchronisatie van de biologische klok met externe signalen, zoals licht en duisternis, beïnvloedt. De analyse toonde aan dat de klok stabieler is en minder wordt beïnvloed door externe signalen bij een grotere golfvormvervorming.
Deze theoretische conclusie komt overeen met experimentele observaties bij vliegen en schimmels en is van belang omdat onregelmatige licht-donkercycli voor de meeste mensen onderdeel zijn geworden van hun moderne leven.
"Onze resultaten laten zien dat vervorming van de golfvorm een cruciaal element is in de nauwkeurigheid en synchronisatie van de biologische klok, zelfs bij temperatuurveranderingen", aldus Kurosawa.
Hij voegt eraan toe dat toekomstig onderzoek zich zou kunnen richten op het identificeren van de moleculaire mechanismen die de afname van mRNA-niveaus vertragen en de vervorming van de golfvorm veroorzaken. De onderzoekers hopen ook te bestuderen hoe deze verstoring varieert tussen soorten of zelfs individuen, aangezien leeftijd en individuele verschillen de werking van de biologische klok kunnen beïnvloeden.
"Op de lange termijn", merkt Kurosawa op, "zou de mate van golfvormvervorming in klokgenen een biomarker kunnen worden voor een beter begrip van slaapstoornissen, jetlag en de effecten van veroudering op de interne klok. Het zou ook universele patronen van ritmes kunnen onthullen – niet alleen in de biologie, maar in elk systeem met herhalende cycli."