Circadiaanse ritmes helpen het lichaam de lokale tijd bij te houden en de suprachiasmatische kern (SCN) fungeert als centrale pacemaker. Een interdisciplinair team van Washington University in St. Louis bouwde een nieuw computationeel hulpmiddel, MITE (Mutual Information and Transfer Entropy, uitgesproken “mighty”), om te achterhalen hoe SCN-cellen met elkaar communiceren. Het werk, onder leiding van Erik Herzog en KL Nikhil en met medewerking van onder anderen Daniel Granados-Fuentes, Jr-Shin Li, Bharat Singhal en István Kiss, werd gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences.
Door wekenlange opnamen van genexpressie met cellulaire resolutie reconstrueerde het team meer dan 25 miljoen verbindingen tussen meer dan 8.000 cellen in 17 muizen, met een nauwkeurigheid van meer dan 95%. Hoewel de muis-SCN ongeveer 20.000 neuronen bevat, bleek slechts een kleine subset van sterk verbonden hub-cellen essentieel voor synchronisatie. De onderzoekers onderscheiden vijf functionele celtypes op basis van verbindingsbreedte en communicatiepartners, waaronder zwaar verbonden hub-cellen (met een kleine subset VIP-expressieve neuronen die synchronisatiesignalen uitzenden), bridge-cellen die signalen doorgeven, en sink-cellen die convergerende signalen ontvangen.
Computationale modellen toonden dat het verwijderen van alleen hub-neuronen de synchronisatie in het netwerk liet instorten, wat hun cruciale rol bevestigt. Vervolgonderzoek moet verduidelijken hoe hub-cellen hun invloed uitoefenen en of gerichte interventies de SCN-timing kunnen bijsturen. De nieuwe tool kan zo helpen bij strategieën om de lichaamsklok opnieuw uit te lijnen en mogelijk voordeel te bieden voor ploegendienstwerkers, mensen met seizoensgebonden affectieve stoornis en anderen met circadiaanse problemen.
Moeilijke woorden
- circadiaans ritme — biologische activiteit die het dag- en nachtpatroon volgtCircadiaanse ritmes
- suprachiasmatische kern — klein hersengebied dat de lichaamsklok regelt
- computationeel hulpmiddel — computerprogramma dat gegevens analyseert en helpt
- genexpressie — productie van eiwitten door genen in cellen
- cellulaire resolutie — beeld of meting met individuele cellen zichtbaar
- hub-cel — weinig maar sterk verbonden cel in netwerkhub-cellen
- synchronisatie — gelijktijdig optreden of gelijklopen van activiteiten
- instorten — plotseling ophouden met functioneren of werken
- verbindingsbreedte — hoeveelheid of sterkte van verbindingen tussen cellen
- interventie — gerichte actie om een proces te verandereninterventies
Tip: beweeg de muisaanwijzer over gemarkeerde woorden in het artikel, of tik erop om snelle definities te zien terwijl je leest of luistert.
Discussievragen
- Welke voordelen en beperkingen ziet u bij het gebruiken van een computationeel hulpmiddel om de lichaamsklok opnieuw uit te lijnen?
- Hoe zou gerichte interventie op hub-cellen invloed kunnen hebben op iemands dagelijks leven of werkrooster?
- Welke stappen zijn volgens u nodig om resultaten uit muizenonderzoek naar veilige toepassingen voor mensen te vertalen?
Gerelateerde artikelen
Hersenen voorspellen woorden met grammaticale groepen
Nieuw onderzoek in Nature Neuroscience laat zien dat het menselijke brein komende woorden anticipeert door woorden in grammaticale groepen te organiseren, in plaats van alleen het volgende woord te voorspellen zoals veel AI-modellen doen.
Genetische sensor voor MRI maakt moleculaire activiteit zichtbaar
Onderzoekers van UC Santa Barbara ontwikkelden een modulair, genetisch gecodeerd eiwitsensor die zichtbaar is voor MRI. De sensor gebruikt aquaporine om waterbeweging te beïnvloeden en kan helpen bij het bestuderen van ziekten en bij dierstudies.
Neusspray remt hersenveroudering in modellen
Onderzoekers ontwikkelden een intranasale therapie met extracellular vesicles en microRNA's die in diermodellen ontsteking vermindert, mitochondriën herstelt en geheugen verbetert. Resultaten verschenen binnen weken maar verdere tests voor mensen zijn nodig.