Onderzoekers bestuderen de snelheid en precisie van signaaloverdracht in de hersenen
Universiteit van Münster
Voor een efficiënte werking van het brein is het belangrijk dat een zenuwimpuls zo snel en nauwkeurig mogelijk op zijn bestemming aankomt. Het is al langer bekend dat zenuwvezels – ook bekend als axons – deze impulsen doorgeven. In de loop van de evolutie ontwikkelde zich een isolerend vlies – myeline – rondom de axons die de snelheid van de geleiding verhoogde. Deze isolerende schede wordt gevormd door het tweede celtype in het zenuwstelsel – de gliale cellen, de hoofdbestanddelen van de hersenen. Als, door ziekte, het myeline verzwakt, leidt dit tot neurologische storingen zoals multiple sclerose of Charcot-Marie-Tooth ziekte.
Onderzoekers van de universiteit van Münster hebben ontdekt dat gliale cellen niet alleen de snelheid van de zenuwgeleiding regelen, maar ook invloed hebben op de precisie van de signaaloverdracht. Bij gebrek aan deze isolerende vliezen ontstaan kortsluiting-achtige processen, die de accuratesse van de transmissiestimulans beinvloeden. De onderzoeksresultaten werden gepubliceerd in de uitgave van Nature Communications.
Achtergrond en methodiek
Gliale cellen zijn niet alleen onmisbaar voor de energievoorziening – ze hebben ook een breed scala aan andere taken in het brein. Ze zijn verantwoordelijk voor het transport van metaboliet en xenobiotica, het reguleren van vloeistofuitwisseling, en het onderhouden van ionenhomeostase. Om het belang van neuronale signalering door gliale cellen beter te kunnen begrijpen, bestudeerde een onderzoeksteam onder leiding van prof. Christian Klämbt van het Institute of Neuro- and Behavioural Biology van de universiteit van Münster de gedragsveranderingen na geinduceerde activatie van individuele neuronen bij fruitvliegjes (Drosophila melanogaster). “Om deze reden,” zegt Christian Klämbt, “verwijderden we òf individuele gliale cellen uit het zenuwstelsel, òf we verstoorden specifiek hun gelijktijdige ontwikkeling naar een door licht veroorzaakte, optogenetische, neuronale activatie.”
Als resultaat van deze activiteiten waren de onderzoekers voor het eerst in staat om vast te stellen dat gliale cellen de radiale groei van de axons besturen. Kleinere axons hebben, zoals verwacht, een langzamere geleidingssnelheid – hetgeen vastgesteld werd door electrofysiologische metingen in samenwerking met collega’s van de universiteit van Bonn. Tot hun verbazing werd het duidelijk dat een langzamere geleidingssnelheid niet leidde tot enige verandering in het bewegingsgedrag. Een nog belangrijker bijdrage van de gliale cellen hier is de formatie van membraanprocessen tussen individuele axons – die elektrische koppeling (kortsluitingen) voorkomt en zodanig een beslissende bijdrage levert aan de nauwkeurigheid van neuronale signalering. De onderzoekers voerden een gedetailleerde analyse uit op larvale voortbeweging d.m.v. een speciaal vervaardigd instrument. De ontwikkeling van het zogenaamde FIM (Frustrated total internal reflection-based Imaging Method), samen met zelf-ontwikkelde software, maakt een hoge resolutie weergave en analyse van bewegingen mogelijk, zelfs van kortstondige organismen. Dit leidde tot een opgestelde spin-off – de “qubeto” company – waar nu de ontwikkeling van deze technologie wordt voortgezet en het beschikbaar maakt voor de wetenschappelijke gemeenschap.
De functie van gliale cellen als actieve modulatoren van de snelheid, en vooral de precisie van stimulusgeleiding, werd nooit eerder omschreven. “Wat ons onderzoek duidelijk maakt is de rol die gliale cellen spelen als actieve componenten in het zenuwstelsel,” zeft Christian Klämbt, de onderzoeksresultaten resumerend. “Met deze nieuwe ontdekkingen creeren we een basis voor meer inzicht in bepaalde ziektesymptomen van het zenuwstelsel.”
Vertaling: Ellen Lam