De circadiane klokken die het circadiane ritme regelen zijn verweven met veel belangrijke systemen in levende organismen zoals planten, schimmels, insecten en zelfs mensen. Daarom worden verstoringen van onze circadiane klokken in verband gebracht met hogere ziektecijfers bij mensen, waaronder bepaalde soorten kanker en auto-immuunziekten.

Elk nieuw inzicht in de mechanismen van onze interne klokken brengt ons dichter bij de mogelijkheid om veranderingen aan te brengen.

Dr. Jennifer Hurley van het Rensselaer Polytechnic Institute, Richard Baruch M.D. Career Development Chair en Associate Head van de afdeling Biological Sciences, heeft haar carrière gewijd aan het begrijpen van de mechanismen die onze circadiane klokken in staat stellen om de tijd te meten. “Aangezien eiwitten de bouwstenen van het leven zijn, is het belangrijk om een fundamenteel begrip te krijgen van hoe deze eiwitten op elkaar inwerken,” zegt Hurley. “Als we weten hoe eiwitten op elkaar inwerken, kunnen we leren hoe een organisme zich gedraagt en hebben we ook de mogelijkheid om dat gedrag te veranderen.” In hun onderzoek ontdekten Hurley en haar team dat het verstoorde klokeiwit FRQ in een schimmel genaamd Neurospora crassa op onverwachte manieren samenwerkte met een eiwit genaamd FRH. Ze vonden gebieden of “blokken” op FRQ die positief geladen waren. Deze blokken maakten interactie tussen FRQ en FRH mogelijk in veel verschillende gebieden. “Eiwitten worden vaak gezien als goed geordende structuren, maar er is een hele klasse eiwitten die flexibeler zijn, zoals natte spaghettinoedels”, aldus Hurley. “Deze flexibiliteit kan belangrijk zijn voor interacties tussen eiwitten. In het geval van FRQ denken we dat de ‘noedelachtige’ aard de positief geladen blokken in staat stelt om zich aan FRH te binden, misschien wel als een knuffel.”

De onderzoekers hadden een eenvoudige, rechttoe rechtaan interactie tussen FRQ en FRH verwacht, maar ontdekten dat de interactie veel complexer was dan ze hadden verwacht. Hurley en haar team ontdekten dat deze zogenaamde omhelzing ervoor zorgt dat de moleculaire circadiane klok verandert van een zandloper die elke dag door licht gereset moet worden in een persistente oscillator die een continu ritme mogelijk maakt zonder dat deze door licht gereset hoeft te worden. Deze persistente circadiane oscillator is de fundamentele methode waarmee de circadiane klok de tijd meet en alles regelt, van ons gedrag tot hoe een dier op de Noordpool weet wanneer hij moet jagen, zelfs als er in de wintermaanden geen licht is. Elk nieuw inzicht in de mechanismen van onze circadiane klokken brengt ons dichter bij de mogelijkheid om veranderingen aan te brengen die grote praktische voordelen zullen hebben. Als we de circadiane klok zouden kunnen manipuleren, zou dat kunnen helpen bij de productie van biobrandstoffen, bij het tegengaan van jetlag en bij het waarborgen van de gezondheid van werknemers in ploegendienst en anderen met onregelmatige werktijden.

De gezondheidszorg biedt talloze mogelijkheden om onze kennis van het circadiane ritme toe te passen. “In ons vakgebied noemen we dit ‘chronotherapie’,” zegt Hurley. “Als je jezelf op een bepaald moment van de dag verwondt, genees je veel sneller dan op een ander moment. Daarom kunnen we operaties op het juiste moment van de dag plannen. We kunnen zelfs chemotherapie laten plaatsvinden op een tijdstip waarop gezonde cellen zich niet delen, maar kankercellen wel, waardoor de bijwerkingen verminderen en de effectiviteit van de behandeling toeneemt.” “Met dit onderzoek hebben professor Hurley en haar team ons begrip van de werking van circadiane ritmes op moleculair niveau opnieuw uitgebreid,” zei Dr. Curt Breneman, decaan van de Rensselaer School of Science. “Dit diepgaande inzicht in de mechanismen van circadiane processen opent nieuwe mogelijkheden om de effecten ervan op hogere organismen en mensen beter te beperken.”