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
Algoritmen verklaren omzetting van propaan naar propeen
Onderzoekers van de University of Rochester ontwikkelden algoritmen die laten zien welke atomaire kenmerken bepalen hoe propaan verandert in propeen. De inzichten helpen om katalysatoren te begrijpen en kunnen producenten helpen efficiënter te werken.
Hoe stress de hersenen naar gewoonteachtig drinken leidt
Een studie van Jun Wang aan Texas A&M toont een directe baan van stresscentra naar het dorsale striatum. CRF beïnvloedt cholinergische neuronen en alcohol verstoort dit, wat uitleg geeft voor terugval en nieuwe behandelingen aanwijst.
