Bert van der Horst

Bert van der Horst
Afdeling Genetica
KNAW SYMPOSIUM De biologische klok
Amsterdam, 26 oktober 2015
Highlights 20 jaar klok onderzoek zoogdieren
humorale stimuli
cellen
weefsels
Reppert & Weaver (2002) Nature
Reppert & Weaver (2002) Nature
Panda et al. (2000) Cell
Alle onze cellen hebben Moleculaire mechanisme
De circadiane klok
van de klok is bekend controleert ca. 10% van
een circadiane klok
(ook in vitro)
onze genen
Belang circadiane klok onderschat
Roche Applied Science
Biochemical Pathways wall chart
Belang circadiane klok onderschat
Roche Applied Science
Biochemical Pathways wall chart
ontstaan
behandelen
voorkomen
van ziekten
Een pilletje op zijn tijd
Belang circadiane klok onderschat
Roche Applied Science
Biochemical Pathways wall chart
Risicoschatting chemische stoffen
Farmaceutische, chemische, voedings- en cosmetische industrie
- produceren toenemende hoeveelheid chemische producten
Samenleving
- eist testen giftigheid en kankerverwekkend vermogen (dierproeven)
- wil dierproeven verminderen / vervangen
Risicoschatting chemische stoffen
Farmaceutische, chemische, voedings- en cosmetische industrie
- produceren toenemende hoeveelheid chemische producten
Samenleving
- eist testen giftigheid en kankerverwekkend vermogen (dierproeven)
- wil dierproeven verminderen / vervangen
Aard
kankerverwekkend,
giftig, enz.
Ernst
niet, mogelijk, matig,
ernstig, enz.
Proces
immuunsysteem,reproductie, enz.
Orgaan
lever, nier, enz.
Enz.
risicoprofiel voor klassen van chemische stoffen
Toxisch effect van cyclofosfamide (lever)
cyclofosfamide
actieve vorm
DNA beschadigingen
(dwarsverbindingen)
celdood (apoptose)
Toxisch effect van cyclofosfamide (lever)
cyclofosfamide
aantal genen
actieve vorm
2000
DNA beschadigingen
(dwarsverbindingen)
1000
celdood (apoptose)
0
“Klassieke”
aanpak
Chronotoxiciteit:
Toxische effect en
afhankelijk van het tijdstip
van blootstelling
dag
0
of
nacht
“Fysiologische”
aanpak
6
12
18
Zeitgeber Time (ZT)
24
Van Dycke et al. (2014) Arch. Toxicol.
synchronisatie
Chronotoxiciteit en risicoschatting chemische
stoffen en geneesmiddelen in gekweekte cellen
LumiCycle
“Real-time” uitlezen
kloktijd in celculturen
Chronotoxiciteit en risicoschatting chemische
stoffen en geneesmiddelen in gekweekte cellen
synchronisatie
Activiteit gen X
LumiCycle
“Real-time” uitlezen
kloktijd in celculturen
Chronotoxiciteit en risicoschatting chemische
stoffen en geneesmiddelen in gekweekte cellen
synchronisatie
Synchron
.
Activiteit gen X
dexamethasone
mock
Wat kunnen we met deze informatie?
- verbeteren arbeidscondities (arbeidshygiene)
- optimaliseren medicatie (chronotherapie)
(verhogen efficientie, verlagen toxiciteit)
Relative Cyp1a1 mRNA
behandeling (4hr)
Time after synchronization (hours)
de Wit, Chaves, van der Horst (unpub.)
Belang circadiane klok onderschat
Roche Applied Science
Biochemical Pathways wall chart
De celcyclus en de circadiane klok
cel deelt
cel controleert DNA
op fouten
cel bereidt zich
voor op deling
cel dupliceert
Zijn DNA
cel groeit
cel controleert
DNA op fouten
rustende cel
De celcyclus en de circadiane klok
cel deelt
Bjarnason et al. (2001) Am. J. Pathol.
Cellen vermenigvuldigen DNA en
delen op vast moment van de dag
suggereert koppeling circadiane
klok en celcyclus
(synchronisatie celcyclus)
De celcyclus en circadiane klok zijn gekoppeld
500
(going out of the field)
celdeling
450
celdeling
Klok
400
350
300
250
200
150
Verklikkereiwitten:
G1
geel
klok
rood
G1 fase celcyclus
blauw S/G2/M fase celcyclus
100
S/G2/M
50
Feillet et al. (2014) PNAS
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Klok
G1
S/G2/M
G1
S
G2
M
Chronotherapie en kanker
Veel chemotherapeutica werken op delende cellen
- gezonde cellen
bijwerkingen
- tumorcellen
gezonde delende cellen
tijd
16:00
x x x
x
x
x x xx
x
04:00
S
G1
G1
04:00
S
klok
synchroon
celcyclus
synchroon
16:00
Chronotherapie en kanker
Veel chemotherapeutica werken op delende cellen
- gezonde cellen
bijwerkingen
- tumorcellen
gezonde delende cellen
tijd
x x x
x
x
x x xx
x
04:00
S
G1
klok
16:00
delende tumorcellen
x
x
op ieder moment van de dag
x
x x
x
x x
x
x
x
synchroon
synchroon
x
asynchroon
-
asynchroon
asynchroon
X
celcyclus
synchroon
asynchroon
Chronotherapie en kanker
Francis Levi
Chronotherapeutica werken het efficientst op het moment
dat zij het best door het lichaam worden getolereerd
22 febr. 2012
Meer onderzoek naar chronotherapie nodig (personalized medicine)
Eerste stap gezet: Afd. Interne Oncologie Erasmus MC (Mathijssen c.s.)
Chronotherapie en bijwerkingen
5FU
leucovorin
oxaliplatin
oxaliplatin
colorectale kanker
(gemetastaseerd)
FOLFOX2
2 dagen (constant)
5FU
leucovorin
Chronotherapie en bijwerkingen
5FU
leucovorin
colorectale kanker
(gemetastaseerd)
oxaliplatin
FOLFOX2
2 dagen (constant)
ChronoFLO4
4 dagen (gemoduleerd)
Onderdrukking bijwerkingen
Levi et al. (1997) Lancet
Pharmacokinetiek tamoxifen
Hoe gedragen de medicijnen zich in het
lichaam van de mens bij toediening op
verschillende tijdstippen van de dag ?
Effect op bijwerkingen ?
ochtend
avond
Erasmus MC
Afd. Interne Oncologie
Ron Mathijssen
Erik Wiemer
Jacqueline Kloth
Lisette Binkhorst
Peter de Bruijn
Tamoxifen / borstkanker
hormonale therapie
oraal, 1 x daags
Checklist voor potentieel chronotherapeutische
geneesmiddelen
Int J Clin Pharm January 2013
1. Vertonen de symptomen van een ziekte significante
circadiane variatie?
2. Is de farmacokinetiek van het geneesmiddel afhankelijk
van het tijdstip van toediening?
astma, hartinfarct
tamoxifen
cyclofosfamide
3. Vertoont het target orgaan circadiane variatie in de
gevoeligheid voor het geneesmiddel (effectiviteit, toxiciteit) ?
Hoge bloeddruk
Aspirin, Perinodril, Torasemide, Ramipril,
Nifedipine, Olmesartan, Spirapril, ……
Diabetes
Vildagliptin
Rheumatoid arthritis
Methotrexate, Prednisone
Belang circadiane klok onderschat
Roche Applied Science
Biochemical Pathways wall chart
Tijdelijke ongemakken van de biologische klok
jet lag
social jet lag
ploegendienst
Circadiane desynchronie verschil lichaamstijd en omgevingstijd
Tijdelijke klachten:
• slaaptekort • verminderde allerthei
• vermoeidheid • verminderd prestatievermogen
Lange termijneffecten ploegendienst / jet lag
Epidemiologische studies:
werkers in ploegendienst en stewardessen:
geschat verhoogd risico borstkanker 1.5
Megdal et al. (2005) Eur. J. Cancer
verpleegkundigen (>100.000) in ploegendienst:
geschat verhoogd risico borstkanker 1.79
Schernhammer et al. (2006) Epidem.
Causaal verband met chronische
ploegendienst / jet lag ontbreekt
Epidemiologische studies lastig:
duren decennia, moeilijk te controleren,
confounding factoren, genetische heterogeniteit
Jet lag en borstkanker
“Li-Fraumeni” mouse (RIVM)
borstklier specifieke expressie p53.R270H
geen jet lag
wekelijkse jet lag
RIVM
Erasmus MC
Jet lag en borstkanker
“Li-Fraumeni” mouse (RIVM)
borstklier specifieke expressie p53.R270H
geen jet lag
wekelijkse jet lag
RIVM
Erasmus MC
jet lag
groep
controle
groep
Van Dycke et al. (2015) Curr Biol
Causaal
verband !!
Ploegendienst en borstkanker
“Li-Fraumeni” mouse (RIVM)
borstklier specifieke expressie p53.R270H
RIVM
Erasmus MC
“8-16”
“16-24”
“24-8”
“8-16”
“vakantie”
“8-16”
Studie loopt
Social jet lag en gezondheidsrisico’s
p53+/- mouse (RIVM)
breed tumorspectrum
wt
Cry1 Cry2
normale ochtend- avondmuis
muis
muis
v.d. Horst et al. (1999) Nature
Destici et al. (2013) PLoS One
30% bevolking
2 uur/dag slaaptekort
Gezondheidsrisico?
Rol chronotype?
Financiering
aangevraagd
Take home message
Roche Applied Science
Biochemical Pathways wall chart
preventie
etiologie
therapie
Acknowledgements
Chronobiology and Health
Erasmus MC Dept. Genetics
Inês Chaves
Aida Farshadi
Sylvia Gabriels
Roel Janssens
Romana Nijman
Gosia Oklejewicz
Erasmus MC
Yvonne Rijksen
Filippo Tamanini
Kirsten Van Dycke
Stefanie Vester
Annelieke de Wit
Dept. Med. Oncology
Erik Wiemer
Peter de Bruijn
Lisette Binkhorst Jacqueline Kloth
Ron Mathijssen
Mrace
RIVM Bilthoven (NL)
Wendy Rodenburg Linda van Kerkhof
Kirsten Van Dycke Conny van Oostrom
Harry van Steeg
Universite Nice (F)
Celine Feillet
Franck Delaunay
University Warwick (UK)
Peter Krusche
David Rand
INSERM Paris (F)
Francis Levi
LMU Munich (D)
Celine Vetter
Till Roenneberg