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