Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Tag archief: neuronen

Een vis in ‘the Matrix’

800px-zebrafish95-300

De larve van de zebravis

Er bestaat sinds een jaar ongeveer, een bijzonder mooie methode om de hersencellen van de zebravis te bestuderen. Het is een experiment waarin de larve van een zebravis in een aquarium geplaatst wordt en waaronder een beeld geprojecteerd wordt. Het is een beeld van zwarte en witte strepen. Worden deze voorwaarts geschoven, dan krijgt de larve de indruk achteruit te gaan of meegevoerd te worden door de stroom. Het beestje gaat dan zwemmen om op zijn plaats te blijven. Worden de strepen achterwaarts geschoven, dan houdt het zich stil.

De larve van de zebravis is helemaal doorzichtig en alle organen zijn makkelijk te zien. Het diertje is daarom bij uitstek geschikt voor dit onderzoek dat zich richt op de werking van de hersencellen. Het is mogelijk een fluorescerende kleurstof te gebruiken die in de neuronen oplicht zodra de deze geactiveerd worden. De hersenen van de larve bevat ongeveer 300.000 hersencellen. Dat lijkt misschien veel, maar is redelijk te overzien. Alleen de rondworm (C. elegans) zou ook in aanmerking kunnen komen omdat hij doorzichtig is, maar het aantal neuronen (302) ligt zo laag dat het niet meer interessant is voor onderzoek.

De onderzoekers hebben het experiment zo opgesteld dat ze de vis op hun plaats kunnen houden. Het is dan mogelijk de intenties van het diertje te registreren door het lezen van de activiteit van de neuronen in de staart. Dit wordt via de computer zodanig gesynchroniseerd met de bewegende strepen dat de vis denkt normaal vooruit te zwemmen. Ondertussen wordt de activiteit van de vurende neuronen in het brein geregistreerd.

Het doel van de onderzoekers is de activiteit van het brein in kaart te brengen. Maar toekomstige verfijning van dit onderzoek zou het wel eens mogelijk kunnen maken het hele connectoom te beschrijven. Dat wil zeggen dat alle connecties en bijbehorende functies vastgelegd zouden kunnen worden. Dat zou een grote stap zijn in de neurowetenschappen. Het is uiterst lastig alle connecties tussen neuronen vast te stellen aangezien elke zenuwcel wel honderden verbindingen kan maken met andere neuronen.

Bekijk ook het duidelijk 2 minuten durende filmpje over dit experiment.

Uit: Nature News

Duplicatie van genen en de ontwikkeling van het menselijk brein

Drie dagen geleden is er in Cell een studie gepubliceerd die laat zien hoe in de mens een gemuteerde duplicatie van een gen de expressie van het oorspronkelijke gen onderdrukt. Als gevolg daarvan heeft er in het ontwikkelend brein een versnelling van de migratie van neuronen plaats. Bovendien is de groei van het aantal dendrieten (vertakte uitlopers van de zenuwcel die connecties vormen met andere zenuwcellen) vertraagd waardoor er van deze laatste uiteindelijk meer gevormd worden en er een groter brein ontstaat.

Neuronen en glia in de hippocampus van de muis

Het oorspronkelijke gen (SRGAP) is verantwoordelijk voor de rijping van de neuronen in het primatenbrein, in het bijzonder voor het leggen van connecties tussen deze hersencellen. Nu gebeurt het door fouten tijdens het kopiëren van het DNA of gedurende crossing-over dat genen gedupliceerd raken. Zo’n 5% van ons genoom bestaat uit duplicaties. Het onderzoek laat zien dat er in het menselijk brein meerdere duplicaties van dit gen zijn. De eerste duplicatie had zo’n 3,4 miljoen jaar geleden plaats en produceerde een inactief gen (SRGAP2B). De tweede duplicatie is een kopie van de eerste duplicatie en vormde het gen SRGAP2C dat een verkort eiwit produceert. Deze laatste duplicatie had 2,4 miljoen jaar geleden plaats ongeveer ten tijde van de overgang van Australopithecus naar Homo. Alle duplicaties bevinden zich op het chromosoom 1.

Dit verkorte eiwit blijkt de expressie van het oorspronkelijke gen (SRGAP) te onderdrukken en maakt de mens tot een ‘knock-out’ voor SRGAP. Door dit gen en de duplicaten in muizen te plaatsen kon men constateren dat tijdens de ontwikkeling van de hersenen de neuronen sneller migreerden en er langer over deden hun dendrieten te vormen, net zoals in het menselijk brein. Er is daarom meer tijd om connecties te vormen tussen de neuronen waardoor de hersenen wellicht een grotere potentie hebben gekregen in de mens. Dit is een belangrijk verschil tussen de verschillende primaten. Het mensenbrein rijpt veel langzamer dan dat van andere primaten en dit resultaat geeft wellicht aan wat de genetische achtergrond daarvan is. Een ander proces wat van belang is voor de rijping van de hersenen is de ‘pruning’ ofwel het snoeien van de vele synapsen en de leeftijd van het organisme waarop deze plaatsheeft.

Het is de eerste keer dat aangetoond wordt dat een duplicaat een effect heeft op de expressie van het origineel. Er zijn nog 30 andere eiwit-coderende genen die gedupliceerd raakten met de evolutie van het menselijk brein. De onderzoekers zullen deze genen nu beter bekijken om te zien of ook deze van invloed zijn op de ontwikkeling daarvan.

Uit Cell 1 en 2 en NatureNews

De rijping van de hersenen

Het menselijk brein is enorm complex en bevat honderden miljarden neuronen en biljarden synapsen. Bij de geboorte heeft elke zenuwcel 2500 synapsen. Rond de leeftijd van 3 jaar zijn dat er 15.000 per cel. Synapsen zijn de verbindingen tussen zenuwcellen, de plaatsen waar neurotransmitters ofwel de signalen doorgegeven worden van de ene zenuwcel naar de andere. Het brein produceert veel meer synapsen dan nodig zijn. Om de hersenen te rijpen wordt deze wildernis aan synapsen gesnoeid met een proces dat synaptische pruning genoemd wordt. Het woord ‘pruning’ betekent ‘snoeien’ zoals dat wordt gedaan met de takken van een boom. De overbodige en kleinere takken worden weggehaald om de boom meer kracht te geven, ofwel om zijn energie te steken in slechts enkele van de mooiere en steviger takken. Het synaptische ‘snoeien’ zorgt ervoor dat veel van de geschikte of meest gebruikte verbindingen blijven bestaan, terwijl de overbodige verbindingen uitgeschakeld en geabsorbeerd worden.

Synapse

Twee neuronen en hun synapsen met een uitvergroting van één van de synapsen

Italiaanse onderzoekers van het Europese laboratorium van Moleculaire Biologie in Monterotondo in Italië hebben nu gevonden dat er cellen in de hersenen bestaan die voor dit proces verantwoordelijk zijn. Het zijn de cellen van de microglia. Van deze cellen wist men dat ze specifiek in de hersenen actief zijn en daar microben en beschadigde neuronen opruimden. Ze hebben een analoge functie aan de macrofagen van het algemene immuunsysteem. Beide type cellen zorgen ervoor dat afval en microben opgeruimd worden door een proces van fagocytose, waarbij het materiaal wordt omgeven door uitstulpingen van de cel, die het daarna opslokt en verteert.

PSD-95, een proteïne die deel uitmaakt van de synapsen blijkt tijdens pruning niet alleen zichtbaar te zijn in de synapsen, maar ook binnen in de cellen van de microglia. Dit bewijst dat de microglia synapsen fagocyteren. Het experiment bestond ook uit de observatie van de hersenen van gemuteerde muizen die geen microglia bezaten. In deze muizen zag men dat er geen ‘pruning’ plaatsvond en dat de hersenen niet gesnoeid werden. Dit leidde tot een vertraging in de ontwikkeling van de hersenen.

pruning

Pruning

In de zich ontwikkelende hersenen worden vele synapsen blijkbaar als indringers beschouwd en als zodanig opgeruimd. Abnormale connecties in het brein zijn ook wel de oorzaak van autisme. Men gaat nu onderzoeken of er bij autisme sprake is van een verstoorde pruning. Het is waarschijnlijk dat het proces van pruning erg belangrijk is in leerprocessen en de vorming van het geheugen. De auteur zelf waarschuwt evenwel dat de groei en het verlies van de synapsen ook bij neuronen in kweken voorkomt, dus zonder de aanwezigheid van microglia.

Uit ScienceDaily, The Guardian, Science.

Footnotes to Plato

because all (Western) philosophy consists of a series of footnotes to Plato

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più - blog personale di Paolo Minucci

Scientia Salon

An archived blog about science & philosophy, by Massimo Pigliucci

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Why Evolution Is True

Why Evolution is True is a blog written by Jerry Coyne, centered on evolution and biology but also dealing with diverse topics like politics, culture, and cats.

Evolution blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

A Public House for Science

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

Glaswerk

Ongepoetst en uit de hand

%d bloggers liken dit: