Brain Basics: The Life and Death of a Neuron

Brain Basics: The Life and Death of a Neuron

Vraag gratis brochure aan

Introductie
De architectuur van het neuron
Boorte
Migratie
Differentiatie
Dood
Hoop door onderzoek

Introductie

Tot voor kort dachten de meeste neurowetenschappers dat we werden geboren met alle neuronen die we ooit zouden krijgen. Als kind produceren we misschien wat nieuwe neuronen om te helpen de paden te bouwen – neurale circuits genoemd – die als informatiesnelwegen tussen verschillende gebieden van de hersenen fungeren. Maar wetenschappers geloofden dat als een neuraal circuit eenmaal op zijn plaats was, het toevoegen van nieuwe neuronen de informatiestroom zou verstoren en het communicatiesysteem van de hersenen zou uitschakelen.

In 1962, stelde wetenschapper Joseph Altman dit geloof in twijfel toen hij bewijs zag van neurogenese (de geboorte van neuronen) in een gebied van de volwassen hersenen van ratten, de hippocampus genaamd. Later rapporteerde hij dat pasgeboren neuronen van hun geboorteplaats in de hippocampus migreerden naar andere delen van de hersenen. In 1979 bevestigde een andere wetenschapper, Michael Kaplan, Altman’s bevindingen in de hersenen van ratten, en in 1983 vond hij neurale voorlopercellen in de voorhersenen van een volwassen aap.

Deze ontdekkingen over neurogenese in de volwassen hersenen waren verrassend voor andere onderzoekers die niet dachten dat ze waar konden zijn bij mensen. Maar in het begin van de jaren ’80 stelde een wetenschapper die probeerde te begrijpen hoe vogels leren zingen, voor dat neurowetenschappers opnieuw zouden kijken naar neurogenese in de volwassen hersenen en zouden beginnen te zien hoe het zin zou kunnen hebben. In een reeks experimenten toonden Fernando Nottebohm en zijn onderzoeksteam aan dat het aantal neuronen in de voorhersenen van mannelijke kanaries dramatisch toenam tijdens het paringsseizoen. Dit was dezelfde tijd waarin de vogels nieuwe liedjes moesten leren om vrouwtjes aan te trekken.

Waarom voegden deze vogelhersenen neuronen toe op zo’n kritiek moment bij het leren? Nottebohm geloofde dat dit kwam doordat nieuwe neuronen hielpen nieuwe zangpatronen op te slaan in de neurale circuits van de voorhersenen, het gebied van de hersenen dat complexe gedragingen controleert. Deze nieuwe neuronen maakten leren mogelijk. Als vogels nieuwe neuronen maakten om hen te helpen herinneren en leren, dacht Nottebohm dat de hersenen van zoogdieren dat ook zouden kunnen.

Andere wetenschappers geloofden dat deze bevindingen niet van toepassing konden zijn op zoogdieren, maar Elizabeth Gould vond later bewijs van pasgeboren neuronen in een apart gebied van de hersenen bij apen, en Fred Gage en Peter Eriksson toonden aan dat het volwassen menselijke brein nieuwe neuronen produceerde in een vergelijkbaar gebied.

Voor sommige neurowetenschappers is neurogenese in het volwassen brein nog steeds een onbewezen theorie. Maar anderen denken dat het bewijs intrigerende mogelijkheden biedt over de rol van door volwassenen gegenereerde neuronen bij leren en geheugen.

De architectuur van het neuron

Het centrale zenuwstelsel (dat de hersenen en het ruggenmerg omvat) is opgebouwd uit twee basistypen cellen: neuronen (1) en glia (4) & (6). In sommige delen van de hersenen zijn er meer glia dan neuronen, maar neuronen zijn de belangrijkste spelers in de hersenen.

Neuronen zijn informatieboodschappers. Zij gebruiken elektrische impulsen en chemische signalen om informatie door te geven tussen verschillende gebieden van de hersenen, en tussen de hersenen en de rest van het zenuwstelsel. Alles wat we denken en voelen en doen zou onmogelijk zijn zonder het werk van neuronen en hun ondersteunende cellen, de gliacellen die astrocyten (4) en oligodendrocyten (6) worden genoemd.

Neuronen hebben drie basisonderdelen: een cellichaam en twee uitsteeksels die een axon (5) en een dendriet (3) worden genoemd. Binnen het cellichaam bevindt zich een kern (2), die de activiteiten van de cel controleert en het genetisch materiaal van de cel bevat. Het axon ziet eruit als een lange staart en zendt boodschappen van de cel door. Dendrieten zien eruit als de takken van een boom en ontvangen boodschappen voor de cel. Neuronen communiceren met elkaar door chemische stoffen, neurotransmitters genaamd, over een kleine ruimte, een synaps genaamd, tussen de axonen en dendrieten van aangrenzende neuronen te sturen.

Er zijn drie klassen neuronen:

1. Zintuigneuronen dragen informatie van de zintuigorganen (zoals de ogen en oren) over naar de hersenen.
2. Motorische neuronen controleren vrijwillige spieractiviteit zoals spreken en dragen boodschappen van zenuwcellen in de hersenen naar de spieren.
3. Alle andere neuronen worden interneuronen genoemd.

Wetenschappers denken dat neuronen de meest diverse soort cellen in het lichaam zijn. Binnen deze drie klassen van neuronen zijn honderden verschillende typen, elk met specifieke boodschapdragende capaciteiten.

Hoe deze neuronen met elkaar communiceren door verbindingen te maken, is wat ieder van ons uniek maakt in hoe we denken, en voelen, en handelen.

Geboorte

De mate waarin nieuwe neuronen in de hersenen worden aangemaakt, is een controversieel onderwerp onder neurowetenschappers. Hoewel de meerderheid van de neuronen al in onze hersenen aanwezig is tegen de tijd dat we geboren worden, zijn er aanwijzingen dat neurogenese (het wetenschappelijke woord voor de geboorte van neuronen) een levenslang proces is.

Neuronen worden geboren in gebieden van de hersenen die rijk zijn aan concentraties van neurale voorlopercellen (ook wel neurale stamcellen genoemd). Deze cellen hebben het potentieel om de meeste, zo niet alle, verschillende soorten neuronen en glia te genereren die in de hersenen worden aangetroffen.

Neurowetenschappers hebben waargenomen hoe neurale voorlopercellen zich in het laboratorium gedragen. Hoewel dit misschien niet precies is hoe deze cellen zich gedragen wanneer ze zich in de hersenen bevinden, geeft het ons informatie over hoe ze zich zouden kunnen gedragen wanneer ze zich in de omgeving van de hersenen bevinden.

De wetenschap van stamcellen is nog steeds erg nieuw, en kan veranderen met aanvullende ontdekkingen, maar onderzoekers hebben genoeg geleerd om te kunnen beschrijven hoe neurale stamcellen de andere cellen van de hersenen genereren. Ze noemen het de afstamming van een stamcel en het is in principe vergelijkbaar met een stamboom.

Neurale stamcellen groeien door zich in tweeën te delen en produceren ofwel twee nieuwe stamcellen, of twee vroege progenitorcellen, of een van elk.

Wanneer een stamcel zich deelt om een andere stamcel te produceren, wordt gezegd dat het zichzelf vernieuwt. Deze nieuwe cel heeft het potentieel om meer stamcellen te maken.

Wanneer een stamcel zich deelt om een vroege progenitorcel te produceren, spreekt men van differentiatie. Differentiatie betekent dat de nieuwe cel meer gespecialiseerd is in vorm en functie. Een vroege progenitorcel heeft niet het potentieel van een stamcel om veel verschillende soorten cellen te maken. Hij kan alleen cellen maken in zijn specifieke afstamming.

Early progenitor cells can self-renew or go in either of two ways. Het ene type zal aanleiding geven tot astrocyten. Het andere type zal uiteindelijk neuronen of oligodendrocyten voortbrengen.

Migratie

Als een neuron eenmaal geboren is, moet het naar de plaats in de hersenen reizen waar het zijn werk zal doen.

Hoe weet een neuron waar het heen moet? Wat helpt hem daar te komen?

Wetenschappers hebben gezien dat neuronen ten minste twee verschillende methoden gebruiken om te reizen:

1. Sommige neuronen migreren door de lange vezels te volgen van cellen die radiale glia worden genoemd. Deze vezels strekken zich uit van de binnenste lagen naar de buitenste lagen van de hersenen. Neuronen glijden langs de vezels tot ze hun bestemming bereiken.
2. Neuronen reizen ook door chemische signalen te gebruiken. Wetenschappers hebben speciale moleculen op het oppervlak van neuronen gevonden – adhesiemoleculen – die zich binden met soortgelijke moleculen op nabijgelegen gliacellen of zenuwaxonen. Deze chemische signalen leiden het neuron naar zijn uiteindelijke plaats.

Niet alle neuronen zijn succesvol in hun reis. Wetenschappers denken dat slechts een derde zijn bestemming bereikt. Sommige cellen sterven tijdens het proces van neuronale ontwikkeling.

Sommige neuronen overleven de reis, maar komen terecht waar ze niet zouden moeten zijn. Mutaties in de genen die de migratie controleren, creëren gebieden van misplaatste of vreemd gevormde neuronen die aandoeningen zoals epilepsie bij kinderen kunnen veroorzaken. Sommige onderzoekers vermoeden dat schizofrenie en de leerstoornis dyslexie deels het gevolg zijn van verkeerd gevormde neuronen.

Differentiatie

Als een neuron zijn bestemming heeft bereikt, moet het zich installeren om aan het werk te gaan. Deze laatste stap van de differentiatie is het minst goed begrepen deel van de neurogenese.

Neuronen zijn verantwoordelijk voor het transport en de opname van neurotransmitters – chemische stoffen die informatie tussen hersencellen doorgeven.

Een neuron kan, afhankelijk van zijn locatie, de taak van een sensorisch neuron, een motorisch neuron, of een internuron vervullen, waarbij specifieke neurotransmitters worden verzonden en ontvangen.

In de zich ontwikkelende hersenen is een neuron afhankelijk van moleculaire signalen van andere cellen, zoals astrocyten, om zijn vorm en locatie te bepalen, het soort transmitter dat het produceert, en met welke andere neuronen het zal verbinden. Deze pasgeboren cellen leggen neurale circuits aan – of informatiepaden die neuron tot neuron verbinden – die gedurende de gehele volwassenheid op hun plaats zullen blijven.

Maar in de volwassen hersenen zijn de neurale circuits reeds ontwikkeld en moeten de neuronen een manier vinden om zich aan te passen. Als een nieuw neuron zich nestelt, begint het op de omringende cellen te lijken. Het ontwikkelt een axon en dendrieten en begint te communiceren met zijn buren.

Dood

Hoewel neuronen de langst levende cellen in het lichaam zijn, sterven er grote aantallen af tijdens migratie en differentiatie.

Het leven van sommige neuronen kan abnormale wendingen nemen. Sommige hersenziekten zijn het gevolg van het onnatuurlijk afsterven van neuronen.

– Bij de ziekte van Parkinson sterven neuronen af die de neurotransmitter dopamine produceren in de basale ganglia, een gebied in de hersenen dat de lichaamsbewegingen regelt. Dit veroorzaakt problemen bij het in gang zetten van bewegingen.

– Bij de ziekte van Huntington veroorzaakt een genetische mutatie overproductie van een neurotransmitter die glutamaat wordt genoemd, waardoor neuronen in de basale ganglia afsterven. Als gevolg daarvan draaien en kronkelen mensen oncontroleerbaar.

– Bij de ziekte van Alzheimer stapelen ongebruikelijke eiwitten zich op in en rond neuronen in de neocortex en hippocampus, delen van de hersenen die het geheugen controleren. Wanneer deze neuronen afsterven, verliezen mensen hun vermogen om zich iets te herinneren en hun vermogen om alledaagse taken uit te voeren. Fysieke schade aan de hersenen en andere delen van het centrale zenuwstelsel kan ook neuronen doden of uitschakelen.

– Klappen op de hersenen, of de schade veroorzaakt door een beroerte, kunnen neuronen volledig doden of ze langzaam verhongeren van de zuurstof en voedingsstoffen die ze nodig hebben om te overleven.

– Ruggenmergletsel kan de communicatie tussen de hersenen en de spieren verstoren wanneer neuronen hun verbinding verliezen met axonen die zich onder de plaats van het letsel bevinden. Deze neuronen kunnen nog wel leven, maar verliezen hun vermogen om te communiceren.

Hoop door onderzoek

Wetenschappers hopen dat ze door meer te begrijpen over het leven en sterven van neuronen nieuwe behandelingen, en mogelijk zelfs genezingen, kunnen ontwikkelen voor hersenziekten en -aandoeningen die het leven van miljoenen Amerikanen beïnvloeden.

Het meest recente onderzoek suggereert dat neurale stamcellen veel, zo niet alle, verschillende soorten neuronen kunnen genereren die in de hersenen en het zenuwstelsel worden aangetroffen. Als we leren hoe we deze stamcellen in het laboratorium kunnen manipuleren tot specifieke soorten neuronen, kunnen we een nieuwe voorraad hersencellen produceren ter vervanging van die welke zijn afgestorven of beschadigd.

Therapieën zouden ook kunnen worden gecreëerd om te profiteren van groeifactoren en andere signaalmechanismen in de hersenen die voorlopercellen vertellen om nieuwe neuronen te maken. Dit zou het mogelijk maken de hersenen van binnenuit te repareren, opnieuw te vormen en te vernieuwen.

Voor informatie over andere neurologische aandoeningen of onderzoeksprogramma’s die worden gefinancierd door het National Institute of Neurological Disorders and Stroke, kunt u contact opnemen met het Brain Resources and Information Network (BRAIN) van het instituut op:

BRAIN
P.O. Box 5801
Bethesda, MD 20824
(800) 352-9424
www.ninds.nih.gov

Top

Prepared by:
Office of Communications and Public Liaison
National Institute of Neurological Disorders and Stroke
National Institutes of Health
Bethesda, MD 20892

NINDS gezondheidsgerelateerd materiaal wordt alleen voor informatieve doeleinden verstrekt en vertegenwoordigt niet noodzakelijkerwijs de goedkeuring of een officieel standpunt van het National Institute of Neurological Disorders and Stroke of enige andere federale instantie. Advies over de behandeling of verzorging van een individuele patiënt dient te worden verkregen door consultatie van een arts die deze patiënt heeft onderzocht of bekend is met de medische voorgeschiedenis van deze patiënt.

Alle door de NINDS gepubliceerde informatie behoort tot het publieke domein en mag vrijelijk worden gekopieerd. Verwijzing naar de NINDS of de NIH wordt op prijs gesteld.