Klok spiraal

De Nobelprijs voor Geneeskunde is dit jaar gewonnen door de Amerikanen Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash en Michael W. Young voor hun onderzoek naar de zogenaamde biologische klok. Dit interne tijdmechanisme stuurt allerlei lichamelijke processen aan die op de dagelijkse cyclus van dag en nacht afgesteld zijn, zoals slaap. Hall, Rosbash en Young isoleerden genen die dit dagelijkse ritme aansturen en ontdekten de biologische processen die deze interne klok reguleren.

Lang voordat de mens leerde klokken te maken, had de natuur al manieren ontwikkeld om de tijd bij de houden. Omdat het verschil in licht en temperatuur tussen dag en nacht zo belangrijk is voor het leven op aarde, houdt een interne ‘biologische klok’ een dagelijks ritme bij. De ontdekking van de werking hiervan op celniveau door drie Amerikaanse biologen is vandaag beloond met een Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde.

Het bestaan van een biologische klok was al eerder aangetoond. Zo wist men dat deze klok ook bij afwezigheid van daglicht nog blijft functioneren. Dagelijkse biologische patronen zoals slaap zijn dus niet afhankelijk van zonlicht, maar worden door een intern mechanisme aangestuurd dat een periode van ongeveer 24 uur bijhoudt. De biologen Hall, Rosbash en Young ontdekten het precieze samenspel tussen genen en de eiwitten die zij aanmaken, dat een 24-uurscyclus mogelijk maakt.

Periodieke eiwitten

De drie hebben hun ontdekkingen gedaan over meerdere jaren vanaf de jaren tachtig. Nadat eerder onderzoek had uitgewezen dat fruitvliegjes met een bepaalde mutatie een verstoord dagritme hadden, lukte het hen om het verantwoordelijke gen genaamd period te isoleren in 1984. Hall en Rosbash ontdekten daarna dat dat gen zorgde voor de aanmaak van het eiwit PER, en dat de hoeveelheid PER bij fruitvliegjes ’s nachts toenam en overdag weer afnam. Een deel van de biologische klok was hiermee onthuld, maar de precieze werking werd later pas duidelijk.

Toen Young in 1994 het gen timeless ontdekte, dat het eiwit TIM aanmaakt, werd duidelijk hoe de hoeveelheid PER per dag kon fluctueren. De genen period en timeless zorgen voor de aanmaak van de eiwitten PER en TIM, waardoor de concentratie daarvan steeds verder toeneemt in een cel. De eiwitten PER en TIM kunnen gecombineerd echter het proces verstoren waarbij genen period en timeless de eiwitten PER en TIM aanmaken. Eiwitten PER en TIM verstoren dus hun eigen aanmaak, waardoor een telkens herhalend proces van terugkoppeling (een feedback loop) optreedt waarbij de concentratie in de loop van een dag toeneemt en weer afneemt.

Belang

Later vonden de drie Amerikanen nog enkele genen en eiwitten betrokken bij dit proces en konden ze de biologische klok in de cellen van fruitvliegjes nauwkeurig in kaart brengen. Zo kon een ander eiwit de klok preciezer aan het licht van de dag koppelen. De vondst van het terugkoppelingsmechanisme tussen genen en de bijbehorende eiwitten was echter baanbrekend.

Alle meercellige organismen, waaronder mensen, bleken vergelijkbare mechanismen te hebben in hun cellen. Deze klokjes reguleren allerlei lichamelijke processen, zoals slaappatronen, lichaamstemperatuur, bloeddruk en de spijsvertering. Het onderzoek was dus van grote betekenis voor het begrijpen van allerlei aandoeningen.

Vorig jaar ging de Nobelprijs voor Geneeskunde naar de Japanner Yoshinuri Ohsumi, een celbioloog die onderzoek deed naar het immuunsysteem. Deze week worden ook de winnaars van de Nobelprijzen voor Natuurkunde, Scheikunde, Vrede en Literatuur bekendgemaakt. De 'Nobelprijs' (Riksprizen) voor Economie volgt volgende week.

Ontdek meer in de special