De biologische klok blijkt zich gefaseerd aan te passen aan kunstmatige tijdsverschillen die ontstaan door bijvoorbeeld het maken van een transatlantische vlucht of het draaien van onregelmatige diensten. Bij de aanpassing aan het tijdsverschil spelen de twee helften van de suprachiasmatische kern in de hersenen, waarin de biologische klok zetelt, een heel verschillende rol.
De onderste helft van de suprachiasmatische kern reageert onmiddellijk op het licht dat door de ogen naar binnen komt, maar de bovenste helft doet er dagen langer over om zich aan te passen, en doet dat bovendien indirect. Hij heeft namelijk signalen nodig van het onderste deel van de klok. Bij het doorgeven van deze signalen speelt de neurotransmitter GABA een belangrijke rol. Dit ontdekte dr. Joke Meijer, neurofysiologe in het LUMC, samen met haar onderzoeksteam. Ook voor henzelf was deze tweetrapsraket een verrassing. Ze presenteren het onderzoek vandaag in het tijdschrift Current Biology.	dr. Joke Meijer
Natuurlijk evenwicht De biologische klok is een genetisch ingebakken moleculaire pacemaker, die ons hele lichaam van een 24-uursritme voorziet. Natuurlijke schommelingen zoals het wisselen van de seizoenen kan de biologische klok goed aan, maar met onze moderne levensstijl tarten we dit natuurlijke evenwicht tot het uiterste. Hoewel een verstoorde biologische klok tot ernstig disfunctioneren kan leiden, en tot ziektes zoals depressies, komt het in de meeste gevallen wel weer goed; we weten uit ervaring dat we een jet lag binnen een aantal dagen weer te boven zijn. Hoe doet die biologische klok dat?,  vroeg dr. Joke Meijer, neurofysiologe in het LUMC, zich af. Hoe past hij zich aan die onnatuurlijke ingrepen aan? Never a dull moment Als er een artikel van Joke Meijer in een toptijdschrift verschijnt over de biologische klok weet je inmiddels: Never a dull moment. Zij en haar onderzoekers hebben de afgelopen twee jaar al een aantal vastomlijnde ideeën over die klok onderuit gehaald. In 2003 ontdekten ze bijvoorbeeld dat de biologische klok veel minder autonoom en soeverein was dan werd gedacht, maar zich kon aanpassen aan bijvoorbeeld veranderingen in het slaapgedrag. Een ander artikel, dat eerder deze maand verscheen in Nature Neuroscience, gaat over de rol van een specifiek kaliumkanaal dat noodzakelijk blijkt te zijn om het moleculaire ritme van de klok om te zetten in een output signaal naar de hersenen. De rode draad in het onderzoek van Meijer c.s. is dan ook dat ze de biologische klok niet op zichzelf bestuderen, maar in interactie met de omgeving: met de hersens bijvoorbeeld. In het artikel in Current Biology, dat vandaag verschijnt, gaat het over de interactie tussen de twee helften van de suprachiasmatische kern zelf. Sneller dan de hersenen Hoe dat komt, dat ze steeds het bestaande denkraam veranderen? 'Niet te veel meegaan met de bestaande onderzoekslijnen', zegt Meijer. 'Plus een beetje common sense'. Beide zaken speelden ook ditmaal een rol. 'In het tijdschrift Science verscheen een artikel waarin aangetoond werd dat klokgenen onmiddelijk verschuiven als ratten op een nieuw licht-donker schema worden gezet', vertelt Meijer. 'Vergelijk het met een transatlantische vlucht van Amsterdam naar New York of terug. Deze resultaten bevreemdden ons, hoe mooi ze ook waren, omdat we uit eigen ervaring weten dat het veel dagen kost voordat je bent aangepast aan zo'n verschuiving. Een vrij uitgebreide serie van experimenten maakte toen duidelijk dat de klok zelf veel sneller kan verschuiven dan de rest van de hersenen. Sterker, we vonden dan verschuivingen van de klok werden tegengewerkt door de hersenen, of mogelijk zelfs door signalen uit het lichaam. Dat gaf een hele nieuwe kijk op de zaak'. Oogzenuw De onderzoekers hadden twee redenen om vervolgens de beide helften van de suprachiasmatische kern apart te gaan bekijken. Ten eerste wisten ze dat de onderkant van de klok direct input ontvangt van de oogzenuw, en de bovenkant niet. Verder waren er al aanwijzingen voor genetische verschillen tussen onder- en bovenkant. Om te weten te komen of de beide helften ook verschillende functies hebben, moesten ze die onafhankelijk van elkaar bestuderen. Dat kon uiteraard alleen in vitro, door de suprachiasmatische kernen met een microscopisch klein mesje doormidden te snijden. Eerder was het gedrag van ratten na een kunstmatig tijdsverschil al onder de loep genomen. Een tijdsverschil vergelijkbaar met dat van een transatlantische vlucht.
Truc Om de werking van de neurotransmitter GABA, die al een belangrijke verdachte was, in de beide helften van de kern te detecteren pasten de onderzoekers een beproefde wetenschappelijke truc toe: ze schakelden GABA uit met behulp van een 'GABA-blokker', om te kijken wat er dan zou gebeuren. En wat bleek: zonder GABA krijgt de bovenkant van de klok geen informatie meer van de onderkant, en omgekeerd. GABA is dus noodzakelijk voor signaaloverdracht tussen de twee helften.
Verkeerde been GABA is overigens een stofje dat neurowetenschappers binnen dit gebied lang op het verkeerde been heeft gezet: stimuleert het de biologische klok nou wel, of juist niet? Voor beide antwoorden had onderzoek wel aanwijzingen opgeleverd. Meijer en collega's vonden en passant het antwoord en losten de inconsistentie in de onderzoeksresultaten op: GABA doet allebei. Maar in de verschillende delen van de suprachiasmatische kern werkt het tegengesteld. Signalen Hoe gaat het nu verder? Geven de beide delen van de kern signalen door aan de hersenen? Of gaat dat alleen via het bovenste deel, als het hele aanpassingsproces voltooid is? 'Ze doen het allebei', zegt Meijer. 'We hebben duidelijke aanwijzingen dat zowel de onderste als de bovenste helft van de klok doorwerken in het gedragsritme van de rat.' Speld in een hooiberg Hebben mensen met een jet lag of draaiers van ploegendiensten al iets aan het onderzoek? Meijer: 'Tot nu toe laat ons onderzoek zien dat vertragingen van de klok, vliegen van Amsterdam naar New York dus, beter gaan dan versnellingen. Dit komt overeen met onze eigen subjectieve ervaring, en daarom wordt het belangrijk om wetenschappelijk vast te stellen hoe vooruitschuivingen en achteruitschuivingen bij mensen verlopen. Die informatie kan gebruikt worden bij het opstellen van ploegendienstschema's. Bovendien moet je overwegen om niet de klok aan te pakken, maar juist de factoren buiten de klok die de traagheid veroorzaken. Dit is zoeken naar een speld in een hooiberg, maar we proberen het toch. Ten slotte kunnen we onderzoeken wat GABA-achtige stoffen met ons aanpassingsvermogen doen'. Gevraagd naar het volgende onderzoeksproject antwoordt Meijer dan ook: 'Die speld in de hooiberg..onder andere'. Henk Albus, Mariska J. Vansteensel, Stephan Michel, Gene D. Block, and Johanna H. Meijer, 'GABAergic Mechanism Is Necessary for Coupling Dissociable Ventral and Dorsal Regional Oscillators within the Circadian Clock', Current Biology 24 mei 2005 Het hele artikel online