Identificatie van nieuwe circadiane biomarkers

Circadiane klokken worden niet alleen gevonden in afzonderlijke delen van de hersenen, maar worden aangetroffen in vrijwel elk orgaan in ons lichaam, inclusief het hart, de longen en het immuunsysteem. Verstoringen in circadiane klokken, of chronopathologie, kunnen ten grondslag liggen aan verschillende vormen van cardiovasculaire, pulmonaire en metabole stoornissen. In de afgelopen twee decennia hebben moleculair genetici de klok "gekraakt" om de belangrijkste biochemische mechanismen te onthullen die zichtbaar zijn in organismen, van fruitvliegen tot mensen. Deze mechanistische inzichten hebben geleid tot de ontdekking van verbanden tussen de klokfunctie en een steeds groter wordend scala aan veelvoorkomende ziekten, waaronder hart-, long-, stofwisselings- en slaapstoornissen. Toch is de prevalentie van circadiane verstoring bij deze patiëntenpopulaties onduidelijk omdat de huidige tests niet gemakkelijk kunnen worden toegepast in klinische omgevingen of nog moeten worden ontwikkeld. Misschien is de belangrijkste beperking van deze technieken de noodzaak van seriële bemonstering gedurende langere perioden van ten minste 24 uur en in sommige gevallen langer. De ontwikkeling van een test op basis van een enkele bloedafname zou een grote stap voorwaarts betekenen, waardoor beoordelingen van de circadiane verstoring bij een reeks ziekten zouden worden vergemakkelijkt.

Een alternatieve strategie voor bestaande assays is het gebruik van genomische microarrays om circadiane ritmes te analyseren. Veel studies in een aantal organismen evenals meerdere organen en weefsels hebben aangetoond dat substantiële fracties van het genoom (2-10%) onder robuuste circadiane klokcontrole staan. Belangrijk is dat deze honderden ritmische genen op elk moment van de dag expressiepieken vertonen, vermoedelijk als gevolg van hun tijd-van-de-dag-specifieke functies. Op basis hiervan stelden Ueda en collega's een alternatieve strategie voor waarmee de circadiane tijd kan worden beoordeeld op basis van een enkele bloedafname, waardoor meer routinematige beoordelingen van de circadiane klokstatus mogelijk zijn. Kortom, ze identificeerden het complement van ritmische genen in levers van muizen. Vervolgens selecteerden ze een set van ongeveer 50 genen met unieke piektijden als 'tijdaanduidende genen'. Vervolgens beoordeelden ze de transcriptieniveaus van deze tijdaangevende genen op een enkel tijdstip van de dag en ontdekten dat ze nauwkeurig konden bepalen op welk tijdstip van de dag de lever werd ingenomen op basis van de relatieve expressieniveaus van de tijdaanwijzende genen. Deze studies leveren proof-of-principle voor de aanpak die we hier voorstellen. Het opzetten van een moleculaire test bij mensen voor circadiane ritmes vanaf een enkel tijdstip zal ons in staat stellen circadiane ritmestoornissen te identificeren en de interne biologische tijd te beoordelen om therapieën op het meest effectieve tijdstip af te leveren.