Moleculaire patronen tussen het bioritme en immuunsysteem

Elk organisme staat dagelijks bloot aan veranderende omgevingsfactoren. Dat ziet niet alleen op veranderingen gedurende de dag, maar ook op seizoensgebonden veranderingen. Het organisme past zich aan deze veranderingen aan door aanpassingen in het gedrag, het metabolisme en in de tuning van het immuunsysteem. Het bioritme (het circadiaanse ritme) maakt het zo mogelijk om op deze veranderingen te anticiperen en beïnvloedt de diverse biologische klokken in het lichaam op verschillende manieren [1].

Klokproteïnen

Ook het immuunsysteem staat onder controle van de circadiaanse klok. Dat blijkt uit het feit dat er binnen het immuunsysteem verschillende circadiaanse ritmes te zien zijn. Deze ritmes hebben hun oorsprong in een directe interactie tussen de circadiaanse klok en bepaalde componenten van het immuunsysteem.

In een review die recent gepubliceerd is in the Journal of Molecular Biology [2] wordt uiteengezet welke klokproteïnen hierbij betrokken zijn en hoe hierdoor een interactie tussen het bioritme en het immuunsysteem tot stand komt die zelfs wederkerig blijkt te zijn. Het immuunsysteem en het bioritme beïnvloeden elkaar dus over en weer.

Transcriptiefactoren spelen een belangrijke rol

De circadiaanse controle over het immuunsysteem werkt voor een groot deel via circadiaanse klokproteïnen. Deze klokproteïnen reageren als transcriptiefactoren. Ze zorgen voor het al dan niet tot expressie komen van bepaalde genen van het immuunsysteem. De belangrijkste klokproteïnen zijn BMAL1 en CLOCK.

Acetylering en methylering speelt ook een rol

Daarnaast vindt de circadiaanse controle over het immuunsysteem plaats door middel van acetylering en methylering van histonen. Zo wordt gen-transcriptie van ontstekingsbevorderende proteïnen van het immuunsysteem gereguleerd. Hierbij maakt het lichaam gebruik van interne signalen zoals glucocorticoïde hormonen en lichaamstemperatuur om het circadiaanse ritme in de periferie, en dus ook in het immuunsysteem, te reguleren.

Zelfs rechtstreekse beïnvloeding zonder transcriptiefactoren komt voor

Circadiaanse klokproteïnen kunnen ook op een directe manier, dus zonder de tussenkomst van transcriptiefactoren, effect uitoefenen op ontstekingsbevorderende pathways in het lichaam. Bijvoorbeeld via beïnvloeding van NFkB. Deze manier van interactie tussen het circadiaanse ritme en het immuunsysteem blijkt wederkerig te zijn. Het immuunsysteem kan dus via deze verbinding ook invloed uitoefenen op de werking van de circadiaanse klok.

Kennis in de praktijk

De circadiaanse klok wordt in ons lichaam geregeld via een ‘meesterklok’ in de hersenen (neuronen die horen bij de nucleus suprachiasmaticus) en perifere klokken in verschillende cellen in de rest van het lichaam, bijvoorbeeld in leukocyten van het immuunsysteem. De meesterklok synchroniseert de werking van de perifere klokken. Daarvoor wordt vooral gebruik gemaakt van de hoeveelheid licht waaraan de meesterklok wordt blootgesteld. Dit is een belangrijk signaal om ervoor te zorgen dat het lichaam in fase is met de omgeving waarin het leeft. Voor perifere klokken is voedsel een belangrijke prikkel voor de regulatie [3, 4].

Herstel van het bioritme van uw patiënt is daarmee ondersteunend aan een betere werking van het immuunsysteem. Als mogelijke interventie die daarbij kan worden ingezet kunt u denken aan het gebruik van daglicht direct na het opstaan, al dan niet met behulp van een daglichtlamp. In combinatie daarmee kan het gebruik van een blauw licht filterbril in de avond worden geadviseerd. Hiermee kan een meer evolutionaire blootstelling aan licht en duisternis worden nagebootst. Maar ook time-restricted eating waarbij slechts gegeten wordt binnen een bepaalde periode die door het lichaam met de dag wordt geassocieerd, dus als er sprake is van natuurlijk (dag)licht, is een mogelijke interventie.

Bronnen:

[1]        Mark A.Woelfle, Yan Ouyang, Kittiporn Phanvijhitsiri Carl Hirschie Johnson. The Adaptive Value of Circadian Clocks: An Experimental Assessment in Cyanobacteria. https://doi.org/10.1016/j.cub.2004.08.023

[2]        Sophia Hergenhan, Stephan Holtkamp, Christoph Scheiermann. Molecular Interactions Between Components of the Circadian Clock and the Immune System. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2019.12.044

[3]        K.A. Stokkan, S. Yamazaki, H. Tei, Y. Sakaki, M. Menaker. Entrainment of the circadian clock in the liver by feeding. Science, 291 (2001), pp. 490-493

[4]        F. Damiola, N. Le Minh, N. Preitner, B. Kornmann, F. Fleury-Olela, U. Schibler. Restricted feeding uncouples circadian oscillators in peripheral tissues from the central pacemaker in the suprachiasmatic nucleus. Genes Dev., 14 (2000), pp. 2950-2961