Hulpcellen in het brein hebben rol bij het slaap-waakritme

Dick Schrauwen [1]

Medical Research Council (MRC) [2]

Astrocyten [3], verzorgende cellen die de neuronen in de hersenen omringen en ondersteunen, spelen een veel belangrijkere rol in circadiane ritmes [4], de 24-uurs interne klok van het lichaam, dan eerder werd begrepen.

De door de Medical Research Council (MRC) gefinancierde studie die in het tijdschrift Science werd gepubliceerd [5], vond dat deze stervormige cellen feitelijk het tempo van de interne klok van het lichaam kunnen aansturen. Eerder werd gedacht dat astrocyten alleen een ondersteunende functie voor neuronen hadden. In deze studie wordt voor de eerste keer aangetoond dat astrocyten bij zoogdieren het dagelijks gedragspatroon kunnen aansturen.

De bevindingen van de nieuwe studie zouden de weg kunnen banen voor nieuwe behandelingen die kunnen worden ingezet als het slaap-waakritme is verstoord. Een verstoord circadiaan ritme kan leiden tot `jetlag` en slaapstoornissen. Bovendien dragen verstoringen bij aan een reeks van gezondheidsproblemen variërend van psychiatrische stoornissen tot dementie, diabetes en kanker.

Circadiaanse ritmes staan ??bekend om hun rol in het onderhouden van de menselijke gezondheid. Hoewel er veel verschillende soorten cellen in het lichaam zijn die een eigen interne klok hebben, wordt de timing van deze klokken voornamelijk bepaald door de suprachiasmatische kern (SCN) [6]. De SCN is een klein hersengebied in de hypothalamus dat fungeert als de hoofdklok voor het dagelijks gedragspatroon.

In deze recente studie onder leiding van het Laboratorium voor Moleculaire Biologie (LMB) van het MRC in Cambridge werd microscopic imaging (MI) [7] toegepast om de gedetailleerde interne moleculaire kloktiming van de astrocyten en neuronen van de SCN te observeren.

Verrassend genoeg toonde dit aan dat hoewel beide typen cellen hun eigen circadiane klokken hebben, ze verschillend werken en op verschillende tijdstippen van de dag actief bleken te zijn. Dit delicate samenspel bleek van cruciaal belang om het hele CSN-uurwerk te doen blijven tikken.

Na deze eerste ontdekking ontdekten de wetenschappers dat muizen die genetisch waren veranderd om hun interne lichaamsklok uit te zetten, zoals verwacht, een verstoring van hun SCN-functie en -gedrag vertoonden.

Een onverwachte ontdekking was dat muizen met een genetisch herstelde klok in alleen de astrocyten in staat waren hun dagelijks gedragspatroon te reguleren. Dit betekent dat wanneer astrocyten de enige cellen waren met een werkende interne klok waren, de proefdieren nog steeds een dagelijks gedragspatroon vertoonden.

Toen de onderzoekers dit gedragspatroon vergeleken met muizen waarvan de neuronale klokken werkten, ontdekten ze dat de periode van gereguleerde activiteit in de SCN ongeveer een uur korter was. Dit werd ook weerspiegeld in het gedrag van de muizen wat aantoont dat astrocyten in staat zijn om het gedrag van de proefdieren aan te sturen volgens hun eigen celspecifieke deuntje.

Het onderzoek toonde ook aan dat de neurotransmitter glutamaat [8] in het SCN fungeerde als het chemische signaal dat de tijd-pulsen van de werkende astrocyten-klok naar hun klokloze neuronale buren over te brengen.

"De ontdekking dat astrocyten net zo effectief kunnen zijn als neuronen bij het genereren en overbrengen van een circadiaans tijdsignaal heeft ons echt verrast", zegt dr. Marco Brancaccio, een UK Dementia Research Institute Fellow aan het Imperial College te London en hoofdauteur van de publicatie en ten tijde van het onderzoek werkzaam bij het LMB van het MRC.

Brancaccio: "We wisten van eerder onderzoek dat deze cellen een rol speelden in circadiane klokken, maar we hadden geen idee dat ze de circadiane functie van neuronen konden herstarten. Dit voegt een totaal nieuwe en onverwachte dimensie toe aan de neurobiologie van circadiane lichaamsklokken en suggereert een aantal opwindende wegen voor toekomstig onderzoek en leidt wellicht tot ontwikkeling nieuwe behandelingen. "

Dr. Michael Hastings, hoofd van de afdeling Neurobiologie bij het LMB van het MRC en senior auteur van het artikel, vult aan: "Dit is de eerste keer dat is aangetoond dat astrocyten - cellen die we eerder over het hoofd hadden gezien als alleen ondersteunende cellen - daadwerkelijk het gedrag van dieren kunnen besturen. Dit is een belangrijke stap vooruit op het gebied van de neurowetenschappen".

Dr. Joanna Latimer, hoofd Neurowetenschappen en geestelijke gezondheid van het MRC, zegt: "De laatste jaren is het steeds duidelijker geworden dat verstoring van de interne klok van het lichaam door ploegenarbeid, dementie en andere neurologische aandoeningen een gevaarlijke invloed kan hebben op onze gezondheid en ons welzijn. "

Latimer: "Dit onderzoek is een belangrijke stap in de richting van een beter begrip van hoe het brein deze circadiane ritmen op moleculair en cellulair niveau bestuurt. Het is een essentiële stap vooruit als we de impact van deze aandoeningen effectiever willen managen. "

VERWIJZINGEN

[1] Bewerking van onderstaand persbericht
- https://mrc.ukri.org/news/browse/new-role-for-brains-support-cells-in-controlling-circadian-rhythms/

[2] Medical Research Council
- https://mrc.ukri.org/

[3] Astrocyt; Astrocyte
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Astrocyt
- https://en.wikipedia.org/wiki/Astrocyte

[4] Circadiaan ritme (24-uursritme of slaap-waakritme)
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Circadiaan_ritme

[5] Publicatie: `Cell-autonomous clock of astrocytes drives circadian behavior in mammals`; Marco Brancaccio en anderen.
- http://science.sciencemag.org/content/363/6423/187

[6] SCN, suprachiasmatic nucleus, suprachiasmatische nucleus, nucleus suprachiasmaticus, suprachiasmatische kern
- https://en.wikipedia.org/wiki/Suprachiasmatic_nucleus
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Nucleus_suprachiasmaticus

[7] Microscopic imaging (MI)
- https://en.wikipedia.org/wiki/Microscope_image_processing

[8] Glutamaat
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Glutamaat