Eigenlijk waren de Rotterdamse onderzoekers op zoek naar een enzym dat DNA repareert als het door ultraviolette straling is beschadigd. In plaats daarvan vonden ze twee eiwitten die een belangrijke rol spelen bij het in stand houden en misschien ook het bijstellen van de biologische klok.

De een heeft er meer moeite mee dan de ander, maar in principe leven wij volgens een vierentwintiguursritme. Onze biologische klok wil eigenlijk een circadiaan ritme van vierentwintig en een half uur aanhouden, maar het daglicht zorgt dat dat niet doorgaat. Onderzoekers van de afdeling Celbiologie en Genetica van de Erasmusuniversiteit Rotterdam hebben een nieuwe schakel ontdekt in de ketting die ons bioritme regelt. Het gaat om twee eiwitten, afkomstig van twee genen, die maken dat de biologische klok op schema loopt.

Onze biologische klok is een klompje cellen in de hersenen, de suprachiasmatische kern. Daar, in het donker, moet die kern van buitenaf te weten komen of het dag of nacht is. Maar hoe? Bij knaagdieren zonder ogen raakt de klok in de war, dus de ogen hebben er iets mee te maken. Als de dieren echter beschikken over ogen zónder lichtgevoelige cellen, dan blijft het circadiane ritme in stand. Ogen zijn dus nodig, maar je hoeft er niet mee te kunnen zien.

In de war

Dr Bert van der Horst en Manja Muijtjens waren samen met een Japanse groep op zoek naar een enzym bij zoogdieren dat hetzelfde doet als fotolyase bij planten en sommige lagere diersoorten. Ze zochten in muizen een enzym dat DNA-schade – ontstaan door ultraviolette straling uit zonlicht – herstelt. Er waren twee eiwitten die in aanmerking kwamen, gemaakt door twee genen. De onderzoekers noemden de eiwitten Cry1 en Cry2; de genen waarvan ze afkomstig zijn heten daarom cry1 en cry2. De eiwitten bleken echter een heel andere functie te hebben dan vermoed. Ze maken deel uit van de biologische klok. Zonder hen is de ‘wil’ om een circadiaan ritme aan te houden verdwenen.

Door embryostamcellen genetisch te manipuleren, verkregen de onderzoekers muizen die een van de twee of beide genen cry1 en cry2 misten. Hun activiteit in de vorm van het lopen in een tredmolen gaf de stand van hun biologische klok aan. Bij een normaal dag-nachtritme is er bij de mutante muizen niets aan de hand: ze leven min of meer volgens hetzelfde patroon als een wild type (niet-gemanipuleerde) muis: ’s nachts actief en overdag niet.

Zodra de muizen geen daglicht meer mogen aanschouwen, vallen de verschillen op. Wild type muizen krijgen een regelmatig circadiaan ritme van iets minder dan een etmaal. Muizen zonder cry1 krijgen een korter ritme en muizen zonder cry2 een langer ritme. Zonder cry1 én cry2 raken de dieren helemaal in de war: er is geen regelmaat meer. De twee eiwitten Cry1 en Cry2 werken elkaar blijkbaar tegen: de een maakt de cyclus korter, de ander langer, en samen maken ze dat de biologische klok op tijd loopt.

Blinde muizen

De onderzoekers vermoedden dat het licht-donkerritme de activiteit van de eiwitten zou aansturen. Dat blijkt echter niet uit het zojuist beschreven onderzoek: zolang het licht-donkerritme normaal is, blijft het dag-nachtritme van de muizen normaal, zelfs zonder de eiwitten. Misschien ondervangt licht dat via lichtgevoelige cellen in het netvlies de hersenen bereikt het gemis van Cry1 en Cry2. De onderzoekers zijn nu bezig blinde muizen zonder cry te maken, om te zien wat er gebeurt als muizen naast de eiwitten Cry1 en Cry2 ook geen visuele cellen hebben.

RL