Neuronenverbindingen in ruggenmerg onderzocht met fluorescentiemicroscopie

LA JOLLA, Californië.

Met behulp van twee-foton-fluorescentiemicroscopie hebben onderzoekers nieuw inzicht verworven in hoe het ruggenmerg commando's van de hersenen overbrengt om het lichaam te laten bewegen.

Met die resultaten zouden onderzoekers nieuwe manieren kunnen vinden om beschadigde neurale verbindingen bij patiënten met ruggenmergletstels of neurodegeneratieve ziektes zoals amyotrofische laterale sclerose (ALS) te herstellen.

Onderzoekers aan het Salk instituut voor Biologisch Onderzoek gebruikten een fluorescerende merker waarmee verschillende neuronen gekleurd konden worden en die oplicht wanneer een van de cellen geactiveerd wordt. Door het ruggenmerg van een muis met een microscoop te bekijken, konden onderzoekers rechtstreeks zien welke cellen geactiveerd werden wanneer chemicaliën werden toegediend die de muizen aan het wandelen zetten.

Onderzoekers voegden selectief fluorescerende eiwitten toe aan de nuclei van motorneuronen (rood) om aan te tonen hoe cellen in het ruggenmerg vele neuronen tegelijk synchroniseren om complexe bewegingen te kunnen maken. Welwillend ter beschikking gesteld door Christopher Hinckley/ Pfaff Lab, Salk Instituut.

"Om dit te interpreteren hoeft het beeld nadien niet verwerkt te worden," zei Samuel Pfaff, een professor in het genexpressie laboratorium van het Salk instituut. "Het zijn gewoon onbewerkte signalen die je kan zien door het oculair van de microscoop. Het is echt een verbluffende manier van visualisatie voor een neurowetenschapper."

Pfaffs groep gebruikte de nieuwe methode om een antwoord te kunnen bieden op de eeuwenoude vraag hoe een verzameling cellen in het ruggenmerg, genaamd motorisch centraal patroongenerator (CPG), verbonden zijn met de rechtermotorneuronen om bewegingen te kunnen maken, zoals wandelen.

In het CPG worden relatief eenvoudige signalen van de hersenen vertaald naar complexere instructies voor motorneuronen om zo spieren te controleren. Tot op heden wisten onderzoekers niet precies hoe CPG cellen verbindingen vormen met motorneuronen.

Door de locaties en identiteiten van motorneuronen aan te passen en dan de resulterende patronen te bekijken, ontdekten onderzoekers dat niet alleen de locaties van motorneuronen nodig zijn voor de verbinding met CPG cellen. Ook de genetische identiteit van elk subtype van cellen is belangrijk. Het is namelijk die genetische identiteit die voor een verschil zorgt tussen de cellen die de quadricepsspier controleren en de cellen die de kuitspier controleren.

Dat is een van de belangrijkste bevindingen in het onderzoek naar behandelingen voor ruggemergletstels en ALS, zei Pfaff.

Tot op heden hebben onderzoekers stamcellen getransformeerd in motorneuronen en vervolgens in het ruggenmerg geïmplanteerd. Uit de bevindingen van het Salk team blijkt echter dat het met gewone motorneuronen waarschijnlijk niet zal lukken; maar dat specifieke subtypen van motorneuronen nodig zijn.

Het werk werd gefinancierd door de Nationale Volksgezondheidsinstituten, het Howard Hughes Medisch Instituut, Christopher en Dana Reeve Fonds, Sol Goldman Trust en Marshall Heritage Fonds.

Het onderzoek werd gepubliceerd in Neuron (doi:10.1016/j.neuron.2015.08.005).

Vertaling: Britt de Kok

Bron: Photonics