Een nieuwe weg in de neurobiologie

Onderzoekers vormen zenuwcellen in de hersenen om tot andere zenuwcellen

Een nieuwe weg in de neurobiologie

Cambridge, Massachusetts (VS)

Een ontdekking van stamcelbiologen van de Harvard-universiteit zet een basisprincipe van de neurobiologie op zijn kop – zij hebben aangetoond dat het mogelijk is om een reeds gedifferentieerde zenuwcel in de hersenen om te vormen tot een ander type zenuwcel.

Foto: Paola Arlotta, hoogleraar aan de faculteit voor stamcelbiologie en regeneratieve biologie (SCRB) van Harvard.

Deze ontdekking door Paola Arlotta en Caroline Rouaux "laat ons zien dat de hersenen misschien niet zo onveranderbaar zijn als we altijd hebben gedacht, en dat we in ieder geval in een vroeg stadium van ontwikkeling de identiteit van een zenuwcel kunnen herprogrammeren," aldus Arlotta, hoogleraar aan de faculteit voor stamcelbiologie en regeneratieve biologie (SCRB) van Harvard.

Het principe van herprogrammeerbaarheid van gedifferentieerde cellen in het lichaam is vijf jaar geleden voor het eerst aangetoond door Doug Melton (medevoorzitter van de SCRB en mededirecteur van het Harvard Stem Cell Institute - HSCI) en zijn collega’s. Zij herprogrammeerden exocriene cellen van de pancreas (alvleesklier) direct tot insulineproducerende bètacellen.

Arlotta en Rouaux hebben nu bewezen dat ook neuronen van identiteit kunnen veranderen. Het nieuws wordt vandaag (20 januari) online gepubliceerd door het tijdschrift Nature Cell Biology.

In het onderzoek veranderden Arlotta en het team projectieneuronen uit de corpus callosium (de hersenbalk die de twee hersenhelften met elkaar verbindt) in neuronen die leken op corticospinale motorneuronen, een van de twee typen neuronen die bij Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS) worden vernietigd. Om een dergelijke herprogrammering van neuronale identiteit te bewerkstelligen, gebruikten de onderzoekers een transcriptiefactor genaamd Fezf2, waarvan men reeds lang weet dat deze een centrale rol speelt bij de ontwikkeling van corticospinale neuronen bij embryo’s.

Wat de ontdekking nog belangrijker maakt, is dat de proeven zijn uitgevoerd in de hersenen van levende muizen in plaats van met groepjes cellen in een laboratoriumschaaltje. Omdat er jonge muizen zijn gebruikt, weten de onderzoekers nog niet of neuronale herprogrammering ook mogelijk is bij oudere proefdieren – of bij mensen. Maar als het mogelijk is, zal dit enorme betekenis hebben voor de behandeling van neurodegeneratieve ziekten.

"Neurodegeneratieve ziekten tasten meestal een bepaald type neuronen aan, en laten de vele andere typen neuronen in het zenuwstelsel ongemoeid. Bij ALS zijn het alleen de corticospinale motorneuronen in de hersenen en de motorneuronen in het ruggenmerg die worden aangetast en afsterven," aldus Arlotta. "Wat als men neuronen die niet aangetast worden bij een bepaalde ziekte kan omvormen tot de neuronen die afsterven? Als je bij ALS zelfs maar een klein percentage van de corticospinale motorneuronen zou kunnen genereren, zou dat waarschijnlijk al voldoende zijn om basisfuncties te herstellen," zo voegt ze toe.

De experimenten die tot de huidige bevindingen hebben geleid begonnen 5 jaar geleden. Arlotta en Rouaux stelden zich toen de vraag: “In de natuur zie je nooit een zenuwcel van identiteit veranderen. Zien we het gewoon niet goed, of is dit echt de realiteit? Kunnen we een zenuwcel van een bepaald type omvormen tot een cel van een ander type?”

In de loop van de vijf jaar hebben de onderzoekers vele duizenden neuronen geanalyseerd, waarbij ze zochten naar allerlei moleculaire markers maar ook naar aanwijzingen die erop konden duiden dat herprogrammering plaatsvond. "We hadden dit misschien ook twee jaar geleden al naar buiten kunnen brengen, maar hoewel de experimenten conceptueel gezien misschien eenvoudig leken, waren zij technisch erg moeilijk. Wij wilden met behulp van levende organismen belangrijke dogma’s testen over de onveranderbaarheid van neuronen. We wilden zonder een spoor van twijfel aantonen dat dit gebeurde." aldus Arlotta.

Het onderzoek in het laboratorium van Arlotta richtte zich met name op de cerebrale cortex (hersenschors), maar "opent de deur naar herprogrammering in andere delen van het centrale zenuwstelsel," zo zegt Arlotta.

Arlotta, een vooraanstaand lid van het Harvard Stem Cell Institute, werkt momenteel samen met collega Takao Hensch van de faculteit van Moleculaire en Cellulaire Biologie van Harvard, om de fysiologie van geherprogrammeerde neuronen te onderzoeken en te leren hoe zij communiceren binnen de reeds bestaande neuronale netwerken.

"Mijn hoop is dat dit verdergaand onderzoek op dit nieuwe terrein in de neurobiologie zal vergemakkelijken, waarbij de mogelijkheden worden onderzocht om met behulp van neuronale herprogrammering netwerken die door ziekte zijn aangetast opnieuw op te bouwen," aldus Paola Arlotta.

Het onderzoek is gefinancierd door het Harvard Stem Cell Institute. Ook zijn bijdragen ontvangen van de National Institutes of Health en de Spastic Parapelgia Foundation.

Bron: Harvard Stem Cell Institute / StopALS.nu

Vertaling: John Oudejans