Waarom wetenschappers winterslaap bestuderen om obesitas aan te pakken
Veel zoogdieren komen aan en worden tijdens de herfst insulineresistent. Deze veranderingen zijn echter gemakkelijk omkeerbaar en de zoogdieren zullen geen verdere ongezonde symptomen ontwikkelen. Onderzoekers zijn van mening dat de verklaring hiervoor ligt in mechanismen die verband houden met winterslaap.
Afbeelding tegoed: kleine bruine vleermuis door Ann Froschauer / U.S. Fish and Wildlife Service / via Wikimedia Commons
Onderzoekers hebben erkend dat een breed scala aan dieren 'superkrachten' heeft.
Met name dezelfde aandoeningen die mensen treffen - waarvan sommige levensbedreigend kunnen zijn - hebben mogelijk helemaal geen invloed op dieren.
Twee van dergelijke voorbeelden zijn olifanten en walvissen, wier kankerrisico praktisch nul is. Het is onwaarschijnlijk dat andere dieren metabole aandoeningen zoals obesitas ontwikkelen. Waarom is dit?
Onderzoekers Elliott Ferris en Christopher Gregg, van de Universiteit van Utah in Salt Lake City, denken dat winterslaap er iets mee te maken kan hebben.
Veel zoogdieren over de hele wereld overwinteren in het koude seizoen. De winterslaap wordt gekenmerkt door een slaapachtige toestand waarin de lichaamstemperatuur daalt, de ademhaling vertraagt, het hart langzamer klopt en alle andere metabole (geautomatiseerde, zelfregulerende fysiologische processen) vertragen.
Hierdoor kunnen overwinterende dieren overleven tijdens de wintermaanden, wanneer voedsel schaars wordt en de leefomstandigheden minder vriendelijk zijn.
Zoals Ferris en Gregg opmerken in hun nieuwe studiepaper in het dagboek Celrapporten, veel overwinterende dieren eigenlijk veel gewicht in de aanloop naar winterslaap. Ze worden ook insulineresistent.
Dit zijn twee aspecten die kenmerkend zijn voor obesitas. Bij dieren die in winterslaap zijn, bedoelen ze echter alleen dat de dieren tijdens de wintermaanden een tijdige vetreserve kunnen bereiken.
Anders dan wanneer mensen zwaarlijvigheid ontwikkelen, kunnen winterslapers later gemakkelijk het extra gewicht kwijtraken en keert hun lichaam automatisch de insulineresistentie om. In tegenstelling tot mensen met zwaarlijvigheid, ontwikkelen zoogdieren in winterslaap geen hypertensie of laaggradige ontstekingen, die beide tot verdere gezondheidsproblemen kunnen leiden.
Om deze redenen zijn Ferris en Gregg van mening dat sommige genetische mechanismen die betrokken zijn bij het reguleren van de winterslaap, ook een rol kunnen spelen bij de beheersing van obesitas.
Prikkelen in de geheimen van niet-coderend DNA
"Hibernators hebben een ongelooflijk vermogen ontwikkeld om hun metabolisme te beheersen", legt Gregg uit, een universitair hoofddocent bij de afdeling Neurologie en Anatomie aan de Universiteit van Utah.
"Metabolisme vormt de risico's voor veel verschillende ziekten, waaronder obesitas, diabetes type 2, kanker en de ziekte van Alzheimer", voegt hij eraan toe. "Wij zijn van mening dat het begrijpen van de delen van het genoom die verband houden met winterslaap, ons zal helpen de risico's voor sommige van deze belangrijke ziekten te beheersen."
"Een grote verrassing van onze nieuwe studie is dat deze belangrijke delen van het genoom voor ons verborgen waren in 98% van het genoom dat geen genen bevat - we noemden het 'junk-DNA'," zegt Gregg.
Voor hun nieuwe studie analyseerden Gregg en Ferris de genomen van vier winterslaapzoogdieren: de dertien omzoomde grondeekhoorn, de kleine bruine vleermuis, de grijze muismaki en de kleine egel tenrec.
Bij het vergelijken van de genomen van deze soorten, ontdekten de onderzoekers dat ze allemaal - op onafhankelijke basis - een reeks korte DNA-secties hadden ontwikkeld die "parallelle versnelde regio's" worden genoemd.
Versnelde regio's komen ook voor bij mensen, hoewel wetenschappers er weinig van weten. Wat onderzoekers tot nu toe weten, is dat versnelde regio's niet-coderend DNA bevatten en dat ze niet veel veranderden naarmate zoogdieren door de eeuwen heen evolueerden.
Behalve bij mensen, dat wil zeggen, bij wie ze plotseling begonnen te veranderen en te verschuiven rond de tijd dat we ons afsplitsten van onze "neven" van primaten.
Na verdere analyse van de gegevens, merkten de onderzoekers op dat parallelle versnelde regio's dicht bij genen lijken die verband houden met obesitas bij mensen.
Om het verband tussen versnelde regio's en genen die een rol spelen bij de bestrijding van obesitas te bevestigen, analyseerden Gregg en Ferris vervolgens een zeer specifieke reeks genen: de genen die het Prader-Willi-syndroom aansturen, een zeldzame genetische aandoening bij mensen.
Deze aandoening wordt onder meer gekenmerkt door overmatige eetlust, wat kan leiden tot ongezonde gewichtstoename en obesitas.
Bij het bekijken van de genen die verband houden met het Prader-Willi-syndroom, ontdekten de onderzoekers dat deze genen geassocieerd zijn met meer versnelde winterslaapregio's in vergelijking met genen die geen rol speelden bij deze genetische aandoening.
‘De basis leggen voor nieuw onderzoek’
Op basis van deze resultaten suggereren Gregg en Ferris nu dat dieren in winterslaap mogelijk geëvolueerde mechanismen hebben ontwikkeld die hen in staat stellen automatisch de activiteit van bepaalde genen die met obesitas geassocieerd zijn, uit te schakelen. Dit is niet het geval voor niet-overwinterende zoogdieren.
De onderzoekers identificeerden ook maar liefst 364 genetische elementen die zowel kunnen helpen bij het reguleren van winterslaap als bij het beheersen van obesitas.
"Onze resultaten tonen aan dat door winterslaap versnelde regio's zijn verrijkt in de buurt van genen die verband houden met obesitas in studies van honderdduizenden mensen, evenals in de buurt van genen die verband houden met een syndromale vorm van obesitas", zegt Ferris.
"Daarom, door gegevens van mensen en dieren in winterslaap samen te brengen, konden we kandidaat-masterregulerende schakelaars in het genoom ontdekken voor het beheersen van obesitas bij zoogdieren," voegt hij eraan toe.
Met behulp van gespecialiseerde genbewerkingstechnologie testen de onderzoekers momenteel de rol van deze 364 genetische elementen in muismodellen. Ze hopen dat hun bevindingen hen uiteindelijk zullen helpen een manier te vinden om niet alleen obesitas te beheersen, maar ook andere aandoeningen die verband houden met metabole mechanismen.
“Aangezien zwaarlijvigheid en metabolisme de risico's vormen voor zoveel verschillende ziekten, is de ontdekking van deze delen van het genoom een echt opwindend inzicht dat de basis legt voor veel belangrijke nieuwe onderzoeksrichtingen. Er ontstaan nieuwe projecten voor veroudering, dementie en metabool syndroom. "
Christopher Gregg
