De biologische klok in delende cellen: een robuust ontwerp
Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Gabby Zegers
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/persberichten2016/artikel.pag?objectnumber=328281
printerversie
29 maart 2016, 2016/11
De biologische klok in delende cellen: een robuust ontwerp
Onderzoekers van het FOM-instituut AMOLF en de Universiteit van Michigan hebben ontdekt hoe de biologische klok van een organisme stabiel kan blijven tikken ondanks dat de cellen van dat organisme groeien en zich delen. Vandaag presenteren zij in de Proceedings of the National Academy of
Sciences USA een wiskundig model dat de ongestoorde werking van de biologische klok verklaart.
Biologische klok in delende cellen
vergroten Biologische klok in delende cellen
Artistieke impressie van de cyclus van de circadiane klok. De figuur toont klokken die afgebroken worden in de tijd, maar elke 24 uur worden vervangen. Onderzoekers van FOM-instituut AMOLF hebben onthuld hoe deze klokken toch stabiel kunnen blijven tikken.
Credits: Tremani.
Bijna alle organismen hebben een dag-nacht ritme waardoor bepaalde activiteiten, zoals eten en slapen, op vaste momenten van de dag plaatsvinden. Dit ritme wordt gedicteerd door biochemische oscillatoren in de cellen van het organisme met een periode van 24 uur: de circadiane klok (van de
Latijnse woorden circa -ongeveer- en diem -dag). Het was tot nu toe onduidelijk hoe die klok stabiel kan blijven 'tikken' in groeiende en zich delende cellen, waarin ook de onderdelen van de klok worden gedupliceerd.
Verstoring
In een groeiend organisme gaan de cellen door een celcyclus waarin alle onderdelen gekopieerd worden, inclusief het DNA en de genen die daarop liggen. Dit leidt tot een periodieke verdubbeling van de productiesnelheid van de eiwitten die de biologische klok vormen. "In bestaande theorieen over
hoe klokken werken, zorgt deze verdubbelde productie van klokeiwitten voor een verstoring van het 24-uursritme. Net zoals de natuurkundige Huygens al in de zeventiende eeuw liet zien bij twee gekoppelde slingeruurwerken, wordt de biologische klok gekoppeld aan de periode van de celcyclus,"
vertelt Joris Paijmans, promovendus in de groep Biochemical Networks van AMOLF. "Afhankelijk van de omstandigheden duurt die celcyclus enkele uren tot enkele dagen. Een biologische klok die is gekoppeld aan de groeisnelheid kan dus onmogelijk een vaste periode van 24 uur aanhouden."
Oplossing
Paijmans en zijn collega's identificeerden voor een van de best gekarakteriseerde klokken in de biologie, die van een cyanobacterie, twee mechanismen die de biologische klok mogelijk beschermen tegen de verstoring door de celdeling. Enerzijds blijken de belangrijkste klokeiwitten in een cyclus
van 24 uur verschillende chemische veranderingen te ondergaan. Dit proces van modificaties maakt de eiwitten minder gevoelig voor de veranderingen in hun productiesnelheid. Daarnaast bevat de cel meerdere chromosomen die zich niet gelijktijdig delen, waardoor de productiesnelheid van de
klokeiwitten gelijkmatiger verloopt. Paijmans: "Uit wiskundige modellen blijkt dat een biologische klok met deze twee ingredienten wel stabiel is en tikt met een periode van 24 uur, ongeacht de groeisnelheid van de cel."
Contact
Joris Paijmans (020) 754 7175.
Referentie
'Discrete gene replication events drive coupling between the cell cycle and circadian clocks' Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Joris Paijmans, Mark Bosman, Pieter Rein ten Wolde, David K. Lubensky, Early Online, March 28, 2016.