Leuvens team legt sleutelrol mitochondriën bij ontwikkeling menselijke hersenen bloot
Een Belgisch onderzoeksteam van VIB-KU Leuven onder leiding van professor Pierre Vanderhaeghen heeft een sleutelrol voor mitochondriën bij onze hersenontwikkeling blootgelegd. Mitochondriën beïnvloeden de omschakeling van stamcellen naar zenuwcellen, en ze doen dit tijdens een heel specifieke periode die bij mensen twee keer zo lang is als bij muizen. De bevindingen kunnen niet alleen helpen verklaren hoe de mens als soort doorheen de evolutie een groter stel hersenen ontwikkeld heeft, maar ook hoe defecte mitochondriën kunnen leiden tot tal van hersenziekten.
Mitochondriën zijn kleine organellen - de orgaantjes van een cel - die elke cel in ons lichaam de levensnoodzakelijke 'brandstof' leveren. Ze zijn dus van cruciaal belang, zeker voor onze hersenen die enorm veel energie verbruiken.
Onze hersenen bestaan uit miljarden zenuwcellen die onderling erg verschillen. Zenuwcellen ontstaan wanneer stamcellen in plaats van zich te vermenigvuldigen, gaan differentiëren tot een bepaald type zenuwcel. Dankzij de strikte regulatie van dit proces, dat wetenschappers ‘neurogenese’ noemen, komt de enorm complexe structuur van onze hersenen tot stand. Kleine verschillen in de manier waarop stamcellen zenuwcellen worden, kunnen verregaande gevolgen hebben en hebben er wellicht mee voor gezorgd dat de hersenen van de mens steeds groter en complexer werden doorheen de evolutie.
Om inzicht te krijgen in dit proces bestudeerde professor Pierre Vanderhaeghen (VIB-KU Leuven, ULB), een specialist in stamcel- en ontwikkelingsneurobiologie, hoe mitochondriën zich gedragen tijdens de ontwikkeling van onze hersenen.
“Er zijn heel wat ziekten die veroorzaakt worden door defecte mitochondriën, en die gaan dikwijls gepaard met ontwikkelingsproblemen, onder andere van de hersenen,” zei Vanderhaeghen. “We dachten dat dit lag aan de cruciale rol van mitochondriën bij de energievoorziening van cellen, maar dit blijkt slechts een deel van het verhaal te zijn: recent stamcelonderzoek wijst uit dat mitochondriën ook een directe invloed hebben op de ontwikkeling van organen. Wij wilden nagaan of dit ook in de hersenen het geval was.” En dat bleek wel degelijk zo te zijn.
Opsplitsen of samensmelten
Het team van Vanderhaeghen onderzocht het verband tussen de vorm van de mitochondriën en de omschakeling van stamcel tot zenuwcel. “Mitochondriën zijn zeer dynamische organellen, die voortdurend samensmelten of opsplitsen, en we weten dat deze dynamiek verband houdt met de uiteindelijke eindbestemming van stamcellen,” zei Vanderhaeghen.
Ryohei Iwata, een postdoctoraal onderzoeker in het labo van Vanderhaeghen, ontwikkelde een nieuwe methode om mitochondriën heel gedetailleerd in beeld te brengen net op het moment dat stamcellen zich omzetten in zenuwcellen. “We ontdekten dat kort nadat stamcellen zich delen, de dochtercellen die verder zullen blijven delen, mitochondriën hebben die samensmelten, terwijl de dochtercellen die zenuwcellen zullen worden, mitochondriën hebben die in grote mate opgesplitst zijn,” zei Iwata.
Dit bleek geen toeval: de onderzoekers toonden aan dat gesplitste mitochondriën de omzetting tot zenuwcellen stimuleerden, terwijl mitochondriën die samensmolten na de celdeling er voor zorgden dat de cel zich verder bleef vermenigvuldigen.
Dubbel zo lang als bij muizen
De dynamiek van het netwerk van mitochondriën is dus belangrijk bij de ontwikkeling van zenuwcellen, maar daar stopten de ontdekkingen niet.
“We stelden vast dat de invloed van die dynamiek op het verdere lot van de cel tot uiting kwam in een heel specifiek tijdsbestek, onmiddellijk na de celdeling,” zei Pierre Casimir, een doctoraatsstudent in het labo van Vanderhaeghen. "Wat het zo interessant maakt is dat die periode bij mensen twee keer zo lang is als bij muizen.”
Eerder onderzoek keek voornamelijk naar hoe verschillende factoren het lot van stamcellen beïnvloeden vooraleer ze gaan delen, maar de nieuwe resultaten tonen aan dat dit proces zich nog veel langer voortzet, zelfs tot na de celdeling.
Volgens Vanderhaeghen heeft dit mogelijk interessante implicaties: “Denk maar aan celherprogrammering. Wetenschappers proberen om andere cellen rechtstreeks te herprogrammeren tot zenuwcellen, bijvoorbeeld voor therapeutische doeleinden.”
“Omdat deze periode van plasticiteit in menselijke cellen veel langer is dan in muizencellen, vermoeden we dat dit proces een rol speelt bij de ontwikkeling van de unieke hersenomvang en cognitieve vaardigheden van de mens. Het is fascinerend om te denken dat mitochondriën, kleine organellen die meer dan een miljard jaar geleden in cellen zijn geëvolueerd, mogelijk hebben bijgedragen aan de recente evolutie van het menselijk brein.”
De studie van Vanderhaeghen, Casimir en Iwata is gepubliceerd in Science. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van Vlaams Instituut voor Biotechnologie-KU Leuven.
Doorbraak in onderzoek is geen doorbraak in geneeskunde
Een doorbraak in een onderzoek betekent niet hetzelfde als een doorbraak in de geneeskunde. De verwezenlijkingen van VIB-onderzoekers kunnen de basis vormen voor nieuwe therapieën, maar het traject om die te ontwikkelen, kan nog jaren in beslag nemen.
Dit kan veel vragen oproepen en daarom stelt het VIB een e-mailadres ter beschikking, waar iedereen met vragen over dit en ander medisch gericht onderzoek terechtkan: patienteninfo@vib.be.
