Bionieuws

Mens & Maatschappij

Nobelprijs geneeskunde voor biologische klok

Onderzoek naar de biologische klok begon bij Mimosa-planten die hun bladeren overdag openen en 's nachts sluiten. Afbeelding: Nobel Media 2017

De Nobelprijs voor de geneeskunde gaat dit jaar naar drie chronobiologen voor hun onderzoek naar circadiane ritmes in fruitvliegen: Jeffrey Hall, Michael Rosbash en Michael Young. Dat maakte het Nobelprijscomité op 2 oktober in Stockholm bekend. De Amerikanen legden in de jaren tachtig en negentig van de vorige eeuw een essentieel moleculair mechanisme bloot dat het 24-uursritme bepaalt van nagenoeg alle cellen in planten, dieren en mensen. Sindsdien is onderzoek naar de biologische klok wereldwijd geëxplodeerd, met grote implicaties voor menselijke gezondheid.

Al in de 18de eeuw ontdekte de astronoom Jean Jacques d’Ortous de Mairan dat Mimosa-planten een 24-uursritme volgen; bladeren openen zich gedurende de dag richting de zon en sluiten zich als de nacht valt. Dat doen ze onafhankelijk van zonlicht; ook bij complete duisternis volgen ze dit circadiane ritme. Pas in de jaren zeventig van de vorige eeuw wordt in fruitvliegen het gen gevonden dat dit 24 uursritme controleert: period.

Eiwitniveau
Het waren de drie nobellaureaten die in de periode daarna het hele moleculair mechanisme van de biologische klok ontrafelen. Dat begint wanneer het drietal in 1984 gezamenlijk het period-gen isoleert. Vervolgens laten Hall en Rosbash zien dat het gen codeert voor het eiwit PER, en dat het eiwitniveau in cellen oscilleert gedurende 24 uur: het eiwit neemt toe gedurende de nacht en breekt overdag weer af.

Zo’n tien jaar later is het plaatje pas min of meer compleet en blijkt het een systeem van negatieve terugkoppeling. Wanneer het PER-niveau in het cytoplasma gedurende de nacht toeneemt, blokkeert het eiwit de werking van het period-gen en stopt de synthese van PER. De hoeveelheid eiwitten neemt vervolgens af, waardoor het period-gen weer gaat werken. Zie daar de verklaring van de oscillerende PER-eiwitniveaus gedurende 24 uur in plant- en diercellen.


'Hall, Rosbash en Young hebben met deze ontrafeling
ontegenzeggelijk de basis gelegd voor veel
chronobiologisch onderzoek’


In de jaren daaropvolgend legt Young de hand aan de laatste stukjes van de puzzel. Zo ontdekt hij in 1994 een tweede klokgen, timeless, dat codeert voor een eiwit dat in het cytoplasma aan PER bindt. Hierdoor kan het complex de celkern weer binnendringen om het period-gen te blokkeren. Tot slot isoleert hij nog een dérde klokgen, doubletime, dat schommelingen in de oscillaties verklaart.

‘Hall, Rosbash en Young hebben met deze ontrafeling ontegenzeggelijk de basis gelegd voor veel chronobiologisch onderzoek’, zegt de Groningse chronobioloog Menno Gerkema. ‘Toch was ik verrast met de toekenning. We weten inmiddels dat er nog een tweede klokmechanisme is, onafhankelijk van period. Zo vertonen bloedcellen ook een 24-uurstime, maar ze hebben geen celkern. Er is nogal wat gaande in het vakgebied. De precieze rol van elke mechanisme in het geheel blijft tot nu toe een raadsel. Maar hun bevindingen zijn wel universeel. Het vindt plaats in iedere cel die een celkern heeft, in alle mensen, alle dieren, alle planten, alle schimmels. Dat maakt de opheldering door Hall, Rosbash en Young zo mooi. Al met al is dit een enorme opsteker voor de chronobiologie.’

Dit artikel verscheen in Bionieuws 16