De interne klok van het lichaam bepaalt niet alleen wanneer we slapen, maar ook hoe snel onze spieren genezen. Een nieuwe studie bij muizen door Northwestern Medicine, gepubliceerd in Science Advances, suggereert dat spierblessures sneller genezen als ze optreden tijdens de natuurlijke wakkere uren van het lichaam. De bevindingen zouden implicaties kunnen hebben voor werknemers in ploegendienst en ook nuttig kunnen zijn bij het begrijpen van de effecten van veroudering en obesitas, volgens hoofdauteur Clara Peek, assistent-professor biochemie en moleculaire genetica aan de Feinberg School of Medicine van de Northwestern University. Het onderzoek kan ook helpen verklaren hoe verstoringen zoals jetlag en de overgang naar zomertijd het circadiane ritme en spierherstel beïnvloeden.
Circadiaan ritme en spierherstel
“In elk van onze cellen hebben we genen die de moleculaire circadiane klok vormen,” zei Peek. “Deze klokgenen coderen voor een reeks transcriptiefactoren die veel processen in het lichaam reguleren, zodat ze op het juiste moment van de dag plaatsvinden. Dingen zoals slaap/waak gedrag, metabolisme, lichaamstemperatuur en hormonen – het is allemaal circadiaans.” Eerder onderzoek van het laboratorium van Peek toonde aan dat muizen spierweefsel sneller regenereren als de schade optreedt tijdens hun normale wakkere uren. Wanneer muizen spierschade opliepen tijdens hun normale slaapuren, vertraagde de genezing. In het huidige onderzoek probeerden Peek en haar medewerkers beter te begrijpen hoe de circadiane klok in spierstamcellen de regeneratie regelt afhankelijk van het tijdstip van de dag.
Voor het onderzoek voerden Peek en haar medewerkers single-cell sequencing uit van gewonde en ongewonde spieren in muizen op verschillende tijdstippen van de dag. Ze ontdekten dat het tijdstip van de dag van invloed was op de ontstekingsreactie in de stamcellen, die neutrofielen signaleren – de “eerste responders” onder de aangeboren immuuncellen in spierregeneratie. De onderzoekers ontdekten dat de signalen tussen de cellen veel sterker waren onmiddellijk na het letsel wanneer de muizen tijdens hun wakkere uren werden verwond. Dit was een spannende bevinding en nog meer bewijs dat de circadiane regulatie van spierregeneratie wordt geregeld door deze dialoog tussen stamcellen en immuuncellen. De wetenschappers ontdekten dat de klok van de spierstamcellen ook de NAD+ productie na letsel beïnvloedde. NAD+ is een co-enzym dat in alle cellen voorkomt en dat essentieel is voor de energieproductie in het lichaam en betrokken is bij honderden stofwisselingsprocessen. Vervolgens gebruikte het team van wetenschappers een genetisch gemodificeerd muismodel dat specifiek de NAD+ productie in spierstamcellen verhoogde en ontdekte dat NAD+ ontstekingsreacties en de rekrutering van neutrofielen induceert, waardoor spierregeneratie wordt bevorderd.
Spannend onderzoeksgebied
Volgens de onderzoekers kunnen de resultaten bijzonder relevant zijn voor het begrijpen van de circadiane ritmestoornissen die gepaard gaan met veroudering en obesitas. Circadiane stoornissen die samenhangen met veroudering en metabole syndromen zoals obesitas en diabetes worden ook in verband gebracht met verminderde spierregeneratie. Nu, zeggen de experts, kunnen we de vragen stellen: Dragen deze circadiane verstoringen bij aan een slechter spierregeneratievermogen bij deze aandoeningen? Hoe beïnvloedt dit het immuunsysteem?
In de toekomst hopen Peek en haar medewerkers precies vast te stellen hoe NAD+ immuunreacties in gang zet en hoe deze reacties veranderen bij ziekte. Een groot deel van de circadiane biologie richt zich op moleculaire klokken in afzonderlijke celtypen en in afwezigheid van stress. Tot voor kort beschikten onderzoekers niet over de technologie om cel-cel interacties adequaat te bestuderen. Het begrijpen van de interactie tussen verschillende circadiane klokken onder omstandigheden van stress en regeneratie is echt een opwindend nieuw grensgebied.
