Een studie in het tijdschrift Science presenteert overtuigend nieuw bewijs dat neuronen in het geheugencentrum van de hersenen, de hippocampus, blijven ontstaan tot ver in de volwassenheid. Het onderzoek van het Karolinska Institutet in Zweden biedt antwoorden op een fundamentele en lang bediscussieerde vraag over de aanpasbaarheid van het menselijk brein.
De hippocampus is een hersengebied dat essentieel is voor leren en geheugen en een rol speelt bij emotieregulatie. Al in 2013 toonde de onderzoeksgroep van Jonas Frisén aan het Karolinska Institutet in een spraakmakende studie aan dat nieuwe neuronen kunnen ontstaan in de hippocampus van volwassen mensen. De onderzoekers maten toen koolstof-14-niveaus in DNA uit hersenweefsel, waarmee kon worden vastgesteld wanneer de cellen waren gevormd.
Toch is de omvang en betekenis van deze vorming van nieuwe neuronen (neurogenese) nog steeds onderwerp van discussie. Er was tot nu toe geen duidelijk bewijs dat de cellen die voorafgaan aan nieuwe neuronen, de zogenaamde neurale voorlopercellen, daadwerkelijk bestaan en zich delen in volwassen mensen.
“We hebben nu deze oorsprongscellen kunnen identificeren, wat bevestigt dat er een voortdurende vorming van neuronen plaatsvindt in de hippocampus van het volwassen brein,” zegt Jonas Frisén, hoogleraar Stamcelonderzoek aan de afdeling Cel- en Moleculaire Biologie van het Karolinska Institutet, die het onderzoek leidde.
In de nieuwe studie combineerden de onderzoekers verschillende geavanceerde methoden om hersenweefsel te onderzoeken van mensen tussen de 0 en 78 jaar oud, afkomstig uit meerdere internationale biobanken. Ze gebruikten een methode genaamd single-nucleus RNA sequencing, die genactiviteit in afzonderlijke celkernen analyseert, en flowcytometrie om celkenmerken te bestuderen. Door dit te combineren met machine learning konden ze verschillende stadia van neuronale ontwikkeling identificeren – van stamcellen tot onvolgroeide neuronen, waarvan vele zich in de delingsfase bevonden.
Om deze cellen te lokaliseren gebruikten de onderzoekers twee technieken die laten zien waar in het weefsel verschillende genen actief zijn: RNAscope en Xenium. Deze methoden bevestigden dat de nieuwgevormde cellen zich bevonden in een specifiek gebied van de hippocampus, de zogenaamde dentate gyrus. Dit gebied is belangrijk voor geheugenvorming, leren en cognitieve flexibiliteit.
De resultaten laten zien dat de voorlopercellen van volwassen neuronen vergelijkbaar zijn met die van muizen, varkens en apen, maar dat er enkele verschillen zijn in welke genen actief zijn. Ook waren er grote verschillen tussen individuen – sommige volwassenen hadden veel neurale voorlopercellen, anderen vrijwel geen.
“Dit geeft ons een belangrijk stukje van de puzzel om te begrijpen hoe het menselijk brein werkt en verandert gedurende het leven,” legt Jonas Frisén uit. “Ons onderzoek kan ook gevolgen hebben voor de ontwikkeling van regeneratieve behandelingen die neurogenese stimuleren bij neurodegeneratieve en psychiatrische aandoeningen.”
De studie werd uitgevoerd in nauwe samenwerking met Ionut Dumitru, Marta Paterlini en andere onderzoekers aan het Karolinska Institutet, evenals onderzoekers van de Chalmers University of Technology in Zweden. Het onderzoek werd gefinancierd door de Zweedse Onderzoeksraad, de Europese Onderzoeksraad (ERC), de Zweedse Kankerstichting, de Knut en Alice Wallenberg Stichting, de Zweedse Stichting voor Strategisch Onderzoek, het StratRegen-programma, het EMBO Long-Term Fellowship, Marie Skłodowska-Curie-acties en SciLifeLab. Jonas Frisén is adviseur voor het bedrijf 10x Genomics.
