Simple Blood Test Could Read People's Internal Clock

Die sirkadiese ritme is teenwoordig in elke sel van jou liggaam, gelei deur die sentrale klok wat in die brein woon. Skeppings / Shutterstock.com

In die lewe is tydsberekening alles.

Jou liggaam se interne klok - die sirkadiese ritme - reguleer 'n enorme verskeidenheid prosesse: wanneer jy slaap en wakker word, wanneer jy honger het, wanneer jy die mees produktiewe is. Gegewe sy tasbare uitwerking op soveel van ons lewens, is dit nie verbasend dat dit ook 'n enorme impak op ons gesondheid het nie. Navorsers het sirkadiese gesondheid gekoppel aan die risiko van diabetes, kardiovaskulêre siekte en senuweestelsel verval soortgelyk aan. Dit is ook bekend dat die tydsberekening van etes en medisyne kan beïnvloed hoe hulle gemetaboliseer word.

Die vermoë om 'n mens se interne klok te meet, is noodsaaklik om gesondheid en persoonlike medisyne te verbeter. Dit kan gebruik word om te voorspel wie is by risiko vir siekte en spoor herstel van beserings. Dit kan ook gebruik word om die tyd te spandeer lewering van chemoterapie en bloeddruk en ander dwelms sodat hulle die optimale effek by laer dosisse het, wat die risiko van newe-effekte verminder.

Om die mens se interne klok presies genoeg te lees, bly egter 'n groot uitdaging in slaap en sirkadiese gesondheid. Die huidige benadering vereis om uurlikse monsters van bloedmelatonien te gebruik - die hormoon wat nag en dag beheer, wat duur en uiters moeilik vir die pasiënt is. Dit maak dit onmoontlik om in roetine-kliniese evaluasies in te sluit.

My kollegas en ek wou presiese metings van interne tyd verkry sonder dat dit nodig was om swaar reekse te neem. Ek is 'n rekenaarbioloog met 'n passie vir die gebruik van wiskundige en berekeningsalgoritmes om sin te maak van komplekse data. My medewerkers, Phyllis Zee en Ravi Allada, is wêreldbekende kundiges in slaapmedisyne en sirkadiese biologie. Werk saam, Ons het 'n eenvoudige bloedtoets ontwerp om 'n persoon se interne klok te lees.


innerself subscribe graphic


Luister na die musiek van selle

Die sirkadiese ritme is teenwoordig in elke sel van jou liggaam, gelei deur die sentrale klok wat in die suprachiasmatiese kerngebied van die brein woon. Soos die sekondêre horlosies in 'n ou fabriek, word hierdie sogenaamde "perifere" horlosies gesinchroniseer met die hoofklok in jou brein, maar ook merk op vorentoe - selfs in petri skottelgoed!

Jou selle hou tyd deur 'n netwerk van kernklokgenes wat in 'n terugvoerlus wissel: Wanneer een geen aanskakel, veroorsaak die aktiwiteit dat 'n ander molekule dit weer afdraai, en hierdie kompetisie lei tot 'n eb en vloei van geenaktivering binne 'n 24-uur siklus. Hierdie gene reguleer weer die aktiwiteit van ander gene wat ook oor die loop van die dag ossilleer. Hierdie meganisme van periodiese geenaktivering orkestreer biologiese prosesse oor selle en weefsels, sodat hulle op spesifieke tye van die dag in ooreenstemming kan plaasvind.

Simple Blood Test Could Read People's Internal ClockDie sirkadiese ritme orkestreer baie biologiese prosesse, insluitend vertering, immuunfunksie en bloeddruk, wat op spesifieke tye van die dag opkom en val. Misregulasie van die sirkadiese ritme kan nadelige gevolge hê vir metabolisme, kognitiewe funksie en kardiovaskulêre gesondheid. YassineMrabet, CC BY-SA

Die ontdekking van die kernklokgenes is so fundamenteel vir ons begrip van hoe biologiese funksies georkestreer word dat dit verlede jaar deur die Nobelkomitee erken is. Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash en Michael W. Young het saam gewen die 2017 Nobelprys in Fisiologie of Geneeskunde "vir hul ontdekkings van molekulêre meganismes wat die sirkadiese ritme beheer." Ander navorsers het opgemerk dat soveel as 40 persent van alle ander gene reageer op die sirkadiese ritme, en ook hul aktiwiteit in die loop van die dag verander.

Dit het ons 'n idee gegee: Miskien kan ons die aktiwiteitsvlakke van 'n stel gene in die bloed gebruik om 'n mens se interne tyd af te lei - die tyd wat jou liggaam dink dit is, ongeag wat die klok aan die muur sê. Baie van ons het die ervaring gehad om buite ons sin te voel met ons omgewings - om van te voel dat dit 5: 00 is, alhoewel ons alarm daarop aandring dat dit reeds 7: 00 is. Dit kan 'n gevolg wees van die feit dat ons aktiwiteite nie synde met ons interne klok is nie - die klok aan die muur is nie altyd 'n goeie aanduiding van hoe laat dit persoonlik is nie. Om te weet wat 'n diepgaande impak wat 'n mens se interne klok kan hê op biologie en gesondheid, is ons geïnspireer om geneaktiwiteit te meet om die presiese interne tyd in 'n individu se liggaam te meet. Ons het Time Signature ontwikkel: 'n gesofistikeerde berekeningsalgoritme wat 'n mens se interne klok van genuitdrukking kan meet deur twee eenvoudige bloedontwerpe te gebruik.

Ontwerp 'n robuuste toets

Om ons doelwitte te bereik, moes TimeSignature maklik wees (met 'n minimale aantal gene in net 'n paar bloedtrekke), baie akkuraat en - bowenal - robuust. Dit wil sê, dit moet net so akkuraat 'n mate van jou intrinsieke fisiologiese tyd verskaf, ongeag of jy 'n goeie nag se slaap gekry het, het onlangs van 'n oorsese vakansie teruggekom of die hele nag met 'n nuwe baba opgestaan ​​het. En dit moes nie net in ons laboratoriums werk nie, maar in laboratoriums regoor die land en regoor die wêreld.

Om die genenekeningsbiomarker te ontwikkel, het ons elke twee uur tien duisende afmetings van 'n groep gesonde volwasse vrywilligers versamel. Hierdie metings het aangedui hoe aktief elke gen in die bloed van elke persoon gedurende die loop van die dag was. Ons het ook gepubliseerde data van 3 ander studies wat soortgelyke metings ingesamel het. Ons het dan 'n nuwe masjienleer algoritme ontwikkel, Time Signature genoem, wat hierdie data kon bereken deur 'n klein stel biomarkers uit te trek wat die tyd van die dag sal openbaar. 'N Stel 41-gene is geïdentifiseer as die beste merkers.

Verrassend genoeg is nie al die TimeSignature-gene deel van die bekende kernklokbaan nie. Baie van hulle is gene vir ander biologiese funksies, soos jou immuunstelsel, wat deur die klok gedryf word om oor die dag te wissel. Dit onderstreep hoe belangrik sirkadiese beheer is - die effek daarvan op ander biologiese prosesse is so sterk dat ons daardie prosesse kan gebruik om die horlosie te monitor!

Deur data uit 'n klein subset van die pasiënte van een van die openbare studies te gebruik, het ons die Time Signature-masjien opgelei om die tyd van die dag te voorspel gebaseer op die aktiwiteit van die 41-gene. (Data van die ander pasiënte is apart gehou om ons metode te toets.) Op grond van die opleidingsdata was TimeSignature in staat om te "leer" hoe verskillende patrone van geen-aktiwiteit korreleer met verskillende tye van die dag. Nadat u daardie patrone geleer het, kan TimeSignature die aktiwiteit van hierdie gene in kombinasie analiseer om die tyd wat u liggaam dink dit uit te werk, uit te werk. Byvoorbeeld, hoewel dit dalk 7: 00 is, kan die geenaktiwiteit in jou bloed ooreenstem met die 5: 00-patroon, wat aandui dat dit nog 5: 00 in jou liggaam is.

Ons het ons TimeSignature-algoritme getoets deur dit op die oorblywende data te gebruik, en het getoon dat dit baie akkuraat was: ons kon binne 'n 1.5-uur 'n persoon se interne tyd aflei. Ons het ook getoon dat ons algoritme werk op data wat versamel is in verskillende laboratoriums regoor die wêreld, wat daarop dui dat dit maklik aangeneem kan word. Ons was ook in staat om te bewys dat ons TimeSignature-toets 'n persoon se intrinsieke sirkadiese ritme met hoë akkuraatheid kan opspoor, selfs as hulle slaaploos of strawwe vertraag is.

Harmonisering van gesondheid met TimeSignature

Deur sirkadiese ritmes maklik te meet, bied TimeSignature 'n wye verskeidenheid moontlikhede om tyd in persoonlike medisyne te integreer. Alhoewel die belangrikheid van sirkadiese ritmes vir die gesondheid opgemerk is, het ons die oppervlak regtig net gekrap as dit gaan om die begrip van hoe hulle werk. Met TimeSignature kan navorsers nou baie akkurate maatstawwe interne tyd in hul studies insluit, met die insluiting van hierdie belangrike meting deur net twee eenvoudige bloeddruk te gebruik. Time Signature stel wetenskaplikes in staat om te ondersoek hoe die fisiologiese klok die risiko van verskeie siektes, die doeltreffendheid van nuwe dwelms, die beste tye om te studeer of oefen, en meer, beïnvloed.

Natuurlik is daar nog baie werk wat gedoen moet word. Terwyl ons weet dat sirkadiese afwyking 'n risikofaktor vir siekte is, weet ons nog nie hoeveel verkeerde aanpassing sleg is vir jou nie. TimeSignature stel verdere navorsing in staat om die presiese verhoudings tussen sirkadiese ritmes en siektes te kwantifiseer. Deur die Time Signatures van mense met en sonder siektes te vergelyk, kan ons ondersoek hoe 'n ontwrigte horlosie korreleer met siektes en voorspel wie die risiko loop.

Onder die pad sien ons dat TimeSignature jou dokter se kantoor sal binnekom, waar jou sirkadiese gesondheid net so vinnig, maklik en akkuraat as 'n cholesterol toets gemoniteer kan word. Baie dwelms, byvoorbeeld, het optimale doseringstye, maar die beste tyd om jou bloeddruk medisyne of chemoterapie te neem, kan van iemand anders verskil.

Voorheen was daar geen klinies haalbare manier om dit te meet nie, maar TimeSignature maak dit vir jou dokter moontlik om 'n eenvoudige bloedtoets te doen, die aktiwiteit van 41-gene te analiseer en die tyd aan te beveel wat jou die beste voordele sal gee. Ons weet ook dat sirkadiese afwyking - wanneer jou lyf se klok nie uit die sinkronisasie met die eksterne tyd is nie - is a behandelbaar risikofaktor vir kognitiewe afname; Met TimeSignature kan ons voorspel wie die risiko loop, en moontlik ingryp om hul horlosies in lyn te bring.The Conversation

Oor Die Skrywer

Rosemary Braun, Assistent Professor in Biostatistiek, Voorkomende Geneeskunde en Ingenieurswetenskappe en Toegepaste Wiskunde, Noordwes-Universiteit

Hierdie artikel is gepubliseer vanaf Die gesprek onder 'n Creative Commons lisensie. Lees die oorspronklike artikel.

verwante Boeke

at InnerSelf Market en Amazon