Sprekers en samenvattingen

KNAW-symposium De biologische klok

Een klein hersengebiedje boven op de kruising van de beide oogzenuwen – de biologische klok – regelt de dag-en-nachtritmes van vrijwel alle processen in ons lichaam en heeft daar grote invloed op. Maar mensen leven tegenwoordig eerder volgens de sociale klok dan volgens de biologische. Wat zijn de gevolgen daarvan? En hoe werkt de biologische klok precies? De KNAW organiseert samen met het Nederlands Herseninstituut, een van de instituten van de KNAW, een symposium hierover.

Social Jetlag

Martha Merrow, Institute of Medical Psychology, University of Munich

‘Our biological clock rules our lives.’ Every chronobiologist has written this in some form or other. In this lecture, we’ll review what we mean by the biological clock, how pervasive it is in our lives and we’ll learn how our biological clock leads to a social jetlag in around 80% of the population. By the end of the 20 minutes, you might think differently about how to structure your daily routines!

Martha Merrow studied Biology at Middlebury College and did her PhD research on immunology at Tufts University Medical School (PhD awarded in 1991). She then became a researcher at Dartmouth Medical School (USA) and the Ludwig-Maximilians-Universität in Munich, where she began to specialize in chronobiology. She came to Groningen on a Rosalind Franklin Fellowship and has been professor of Molecular and Genetic Chronobiology at the Faculty of Mathematics and Natural Sciences of the University of Groningen till 2012. She became chair of the Institute of Medical Psychology at the University of Munich in 2012. 

Slaapproblemen: de biologische klok en er voorbij…

Eus van Someren, Nederlands Herseninstituut en Vrije Universiteit Amsterdam

Chronische slapeloosheid behoort tot de meest voorkomende gezondheidsprobleem en heeft ernstige gevolgen. Inzicht in de onderliggende hersenmechanismen is beperkt. Een van de oorzaken is een ontregelde biologische klok. Maar dat is zeker niet bij alle slapelozen het geval. Er zijn maar weinig consistente bevindingen bij slapelozen. Van Someren stelde voor dat dit een gevolg is van niet-herkende heterogeniteit van onderliggende oorzaken, die ook nog eens niet noodzakelijk beperkt zijn tot slaapregulerende hersencircuits. Met data-driven clusteranalyse op de grote database van multivariate psychometrische profielen van de duizenden vrijwilligers van slaapregister.nl vond de groep inderdaad verschillende subtypen slapelozen. Met behulp van MRI werd vervolgens gevonden dat de onderliggende hersencircuits voor elk subtype anders zijn. Circuits van belang spelen een rol bij de verwerking van beloning en bij de snelle synchronisatie van verschillende delen van de hersenschors. De groep onderzoekt nu ook wat de meest effectieve behandeling is voor elk subtype slapeloosheid.

Eus van Someren is hoofd van de afdeling Slaap en Cognitie van het Nederlands Herseninstituut van de Koninklijke Nederlandse Akademie voor Wetenschappen en hoogleraar integratieve neurofysiologie aan de Vrije Universiteit Amsterdam. Zijn team doet onderzoek naar de hersenmechanismen van chronische slapeloosheid, een van de meest prevalente stoornissen. Met de prestigieuze VICI-subsidie is hij slaapregister.nl gestart, een website waarop iedereen gemakkelijk zijn steentje kan bijdragen aan het onderzoek naar slapeloosheid, door regelmatig een vragenlijst in te vullen: slapelozen, maar vooral ook goede slapers, want zij hebben zonder het zelf te weten het geheim in handen waarmee slapelozen beter geholpen kunnen worden. Met de zojuist verworven ERC-Advanced subsidie gaat de onderzoeksgroep ontrafelen waarom slapeloosheid het risico op depressie verhoogt, en hoe depressie voorkomen kan worden door beter te slapen. 

De biologische klok … een pilletje op zijn tijd

Bert van der Horst, Erasmus Medische Centrum

Ons leven is ingesteld op de 24 uurs licht-donkercyclus, ons opgelegd door de rotatie van de aarde om haar eigen as. De circadiane klok is een biologisch uurwerk dat ervoor zorgt dat ons gedrag, onze fysiologie en onze stofwisseling optimaal zijn afgestemd op het moment van de dag. Iedere cel bevat een circadiane klok, gebaseerd op een set van klokgenen die elkaar ritmisch aan en uitschakelen met een omlooptijd van ongeveer 24 uur. Deze klok is gekoppeld aan klokgestuurde lichaamsfuncties (bijvoorbeeld slaap-waakcyclus, temperatuur, bloeddruk, hartritme, afgifte hormonen) door middel van klokgecontroleerde outputgenen. Epidemiologische studies hebben verband gelegd tussen ontregeling van de circadiane klok (bijvoorbeeld door werken in ploegendienst of door regelmatige jetlag) en een verhoogde kans op het krijgen van bepaalde vormen van kanker. In deze lezing wordt specifiek ingegaan op de rol van de circadiane klok in het ontstaan van kanker en wordt met behulp van een dierexperimentele studie het bewijs geleverd dat verstoring van de circadiane klok de kans op het krijgen van borstkanker vergroot. Vervolgens wordt besproken hoe de gevoeligheid van cellen voor toxische stoffen afhangt van het tijdstip van blootstelling (chronotoxiciteit) en hoe dit principe in de kliniek gebruikt kan worden om de effectiviteit en mate van bijwerkingen van kanker chemotherapie bij kanker te beïnvloeden (chronotherapie).

Bert van der Horst studeerde biologie aan de Universiteit van Amsterdam. Na zijn studie verrichtte hij een promotieonderzoek naar het lysosomale enzym sialidase bij de afdeling Celbiologie van het Erasmus MC. In 1993 begon hij als postdoc bij de afdeling Genetica van het Erasmus MC met het opzetten van transgene muismodellen voor de DNA-reparatieziekten xeroderma pigmentosum en Cockayne syndroom, erfelijke ziekten waarbij patiënten overgevoelig zijn voor zon/UV-licht en een verhoogde kans hebben op het krijgen van kanker, dan wel versneld verouderen. Daarnaast heeft hij muismodellen gegenereerd voor zoogdierhomologen van het DNA-hersteleiwit fotolyase. Deze genen (cryptochroom 1 en 2) bleken onverwacht te functioneren als essentiële radertjes in de circadiane klok. Voor deze bevinding ontving hij een ZonMW VICI-subsidie die aan de basis stond voor de nieuwe onderzoekslijn chronobiologie. In 2007 is hij benoemd tot bijzonder hoogleraar Chronobiologie en gezondheid. Huidige onderzoeksactiviteiten richten zich op de relatie tussen de circadiane klok en het ontstaan van kanker en ouderdomsgerelateerde ziekten. Uiteindelijk doel is deze kennis te vertalen naar toepassingsmogelijkheden ter voorkoming/uitstel van genoemde ziekten (preventieve interventie) en naar nieuwe klinische benaderingen in de kankertherapie (chronotherapie).

Nieuw licht op ons ontbijt

Andries Kalsbeek, Nederlands Herseninstituut & Academisch Medisch Centrum (AMC), Amsterdam

Voor de industriële revolutie was er een duidelijke match tussen de cycli van honger en verzadiging enerzijds en de periodes van slaap en wakker zijn anderzijds, opgelegd door het opgaan en ondergaan van de zon. In zoogdieren heeft zich in het brein een endogene klok ontwikkeld om ons slaap/waakgedrag en energiemetabolisme te kunnen synchroniseren met dit ritme van de omgeving. Deze biologische klok is gelokaliseerd in de suprachiasmatische nuclei (SCN) in de hypothalamus.

De SCN legt zijn ritme op aan de rest van het lichaam via zijn projecties naar de neuro-endocriene en pre-autonome neuronen in de hypothalamus. Via de neuro-endocriene neuronen moduleert de SCN hormoonafgifte en via de pre-autonome neuronen moduleert de SCN de activiteit van allerlei organen, zoals onder andere hart, lever, spieren, maag en vetweefsel. Een belangrijke manier van de SCN om ons lichaam voor te bereiden op de dagelijkse wisselingen van slapen en wakker zijn, maar ook eten en vasten, verloopt via deze neuro-endocriene en pre-autonome neuronen.

Een paar millimeter achter de SCN ligt een groepje cellen genaamd de nucleus arcuatus, deze bevat de zogenaamde NPY/AGRP- en POMC/CART-cellen. De NPY/AGRP-neuronen zijn actief als we honger hebben, ze stimuleren dan eetgedrag maar remmen ook ons energieverbruik. Met het idee dat zolang we nog geen eten gevonden hebben, we beter een beetje zuinig met onze energie kunnen zijn. En omgekeerd voor de POMC/CART-neuronen, deze zijn vooral actief als we net gegeten hebben en remmen dan onze eetlust en stimuleren energieverbruik, er is immers toch energie genoeg. Tussen de SCN en de nucleus arcuatus bestaan wederzijdse contacten.

De sterke relatie tussen het brein, energiemetabolisme en dag-en-nachtritmes is de laatste jaren veel duidelijker geworden. Met de uitvinding van het elektrisch licht, en de toename van het werken in ploegendienst zijn de periodes van slapen en wakker zijn en van vasten en eten, niet meer automatisch gekoppeld aan de af- of aanwezigheid van zonlicht. Deze mismatch maakt ons mogelijk kwetsbaarder voor allerlei chronische ziektes zoals het metaboolsyndroom. Wij stellen dan ook voor dat naast de grote twee, namelijk meer bewegen en minder eten, ook een op het juiste moment verlichte en gevoede biologische klok een remedie kan zijn om de toenemende diabesitas-druk in onze huidige 24/7-maatschappij het hoofd te bieden.

Andries Kalsbeek studeerde biologie aan de Rijksuniversiteit Groningen, met als afstudeerrichting gedragsfysiologie. Hij promoveerde in 1989 aan de Universiteit van Amsterdam op basis van zijn promotieonderzoek naar de rol van dopamine bij de ontwikkeling van de prefrontale cortex bij het toenmalige Nederlands Instituut voor Hersenonderzoek (NIH; tegenwoordig Nederlands Herseninstituut). Hierna keerde hij weer terug naar de hypothalamus en het energiemetabolisme, in eerste instantie door aan de Université Louis Pasteur in Straatsburg enkele jaren de functie van de vasopressine bevattende neuronen in de biologische klok te onderzoeken. Na zijn terugkeer op het Herseninstituut, eerst als wetenschappelijk stafmedewerker en later als groepsleider van de Hypothalame Integratie Mechanismen groep, werd de focus van zijn onderzoek de biologische klok en de hypothalame regulatie van het energiemetabolisme. In 2008 werd hij hoofd van het laboratorium voor Experimentele Endocrinologie op het Academisch Medisch Centrum (AMC) in Amsterdam, met behoud van een parttime aanstelling op het Nederlands Herseninstituut. In 2012 werd hij benoemd tot hoogleraar Experimentele neuroendocrinologie bij de afdeling Endocrinolgie en Metabolisme op het AMC.