Nieuwe soort menselijke hersencel ontdekt die ontbreekt bij knaagdieren

Een van de meest intrigerende vragen over de menselijke hersenen is ook een van de moeilijkste voor hersenspecialisten om te beantwoorden: wat maakt onze hersenen anders dan die van andere dieren?

"We weten echt niet wat de menselijke hersenen speciaal maakt", zei dokter Ed Lein, een onderzoeker aan het Amerikaanse Allen Institute for Brain Science. "Het bestuderen van de verschillen op het niveau van de cellen en de verbindingen, is een goede plaats om te beginnen, en nu hebben we nieuwe instrumenten om net dat te doen", zo zei hij in een persbericht van het Allen Institute.  

In een nieuwe studie geven Lein en zijn collega's nu een mogelijk antwoord op die moeilijke vraag. Het onderzoeksteam onder leiding van Lein en dokter Gábor Tamás, een hersenspecialist aan de Szegedi Tudományegyetem, de Universiteit van Szeged in Hongarije, heeft een nieuw type menselijke hersencel ontdekt, die nog nooit gevonden is bij muizen en andere goed bestudeerde proefdieren in laboratoria. 

Tamás en doctoraatsstudent Eszter Boldog hebben de nieuwe cellen "rozenbottel-neuronen" genoemd, omdat de compacte bundel die het axon van elke cel vormt rond het centrum van de cel, volgens hen er net zo uitziet als een roos die haar bloemblaadjes verloren is. Een axon is een uitloper van een zenuwcel die prikkels doorgeeft vanuit het zenuwcentrum. 

De pas ontdekte cellen behoren tot een klasse van neuronen - zenuwcellen - die bekend staan als inhiberende neuronen - remmende neuronen, die de activiteit van andere neuronen in de hersenen afremmen. 

De studie levert geen bewijs voor het feit dat deze bijzondere hersencellen enkel bij mensen zouden voorkomen. Maar het feit dat ze niet gevonden worden bij knaagdieren is intrigerend, en het zet de cellen op een zeer kort lijstje van gespecialiseerde neuronen die mogelijk enkel voorkomen bij mensen of in de hersenen van primaten - de orde van  de halfapen, apen, mensapen en mensen.

Een van de volgende stappen die het team van Tamás al snel wil zetten, is zoeken naar rozenbottel-neuronen in stalen van de hersenen van overleden mensen met neuropsychiatrische aandoeningen. Het team wil nagaan of die ziektes de gespecialiseerde hersencellen aantasten.  

Voor hun studie gebruikten de onderzoekers weefselstalen van de hersenen van twee mannen, vijftigers die hun lichaam aan de wetenschap hadden nagelaten. Ze namen plakjes van de bovenste laag van de cortex of hersenschors, het buitenste deel van de hersenen dat verantwoordelijk is voor het menselijk zelfbewustzijn en vele andere functies waarvan we aannemen dat ze uniek zijn voor onze soort. De cortex is bij de mens, in verhouding met de grootte van ons lichaam, veel groter dan bij andere dieren.  

"Het is het meest complexe deel van het brein, en algemeen wordt aangenomen dat het de meest complexe structuur in de natuur is", zei Lein in het persbericht.

De twee ploegen gebruikten andere technieken om de stalen te bestuderen. Het onderzoekslaboratorium van Tamás in Hongarije bestudeert de menselijke hersenen vanuit de klassieke benadering van de neurologie, en het onderzoekt nauwgezet de vorm van de cellen en hun elektrische eigenschappen. In het Allen Institute leidt Lein een team dat probeert de reeks genen bloot te leggen die de menselijke hersencellen onderscheiden van elkaar, en van de hersencellen van muizen. 

Een aantal jaar geleden bezocht Tamás het Allen Institute om er zijn laatste onderzoek voor te stellen over de types van gespecialiseerde menselijke hersencellen, en de twee onderzoeksteams zagen al snel dat ze met zeer verschillende technieken op dezelfde cel waren uitgekomen. "We beseften dat we samenkwamen op hetzelfde type cel vanuit heel verschillende gezichtspunten", zei Tamás, en dus besloten de twee teams samen te werken. 

De groep van het Allen Institute ontdekte in samenwerking met het J. Craig Venter Institute, dat de rozenbottel-cellen een unieke reeks genen in werking stellen, een genetische handtekening die de onderzoekers nergens zijn tegengekomen bij al de types van hersencellen van muizen die ze onderzocht hebben.

De onderzoekers van de Universiteit van Szeged ontdekten dan weer dat de rozenbottel-neuronen synapsen vormen met een ander type van neuronen, die bekend staan als piramidale neuronen, in een ander deel van de cortex. Synapsen zijn plaatsen waar zenuwcellen met elkaar in contact kunnen komen en signalen kunnen uitwisselen. 

Dit is een van de eerste studies van de menselijke cortex waarin deze verschillende technieken gecombineerd worden om de types van cellen te bestuderen, zei dokter Rebecca Hodge, een senior onderzoeker aan het Allen Institute for Brain Science, en een van de auteurs van de nieuwe studie. 

"Op zich zijn deze technieken best krachtig", zo zei ze, "maar ze geven je een onvolledig beeld van wat de cel aan het doen kan zijn. Samen vertellen ze je complementaire zaken over een cel, die je mogelijk kunnen zeggen hoe ze functioneert in de hersenen."

Wat uniek lijkt te zijn aan de rozenbottel-neuronen is dat ze zich enkel vastmaken aan een specifiek deel van hun cellulaire partner, hun partner op celniveau. Dat wijst erop dat ze mogelijk het doorstromen van informatie controleren op een zeer gespecialiseerde manier. Wat ze juist doen in de hersenen, is nog niet duidelijk, maar mogelijk controleren ze de interacties tussen verschillende gebieden van de hersenen op een zeer laag, fijn niveau. 

Als je al de inhiberende neuronen ziet als remmen in een auto, zei Tamás, zouden de rozenbottel-neuronen je auto laten stoppen op zeer specifieke plaatsen tijdens je rondrit. Het zouden remmen zijn die alleen werken aan de kruidenier bijvoorbeeld, en niet alle auto's (of dierenhersenen) hebben die remmen. 

"Dit bepaald type van cel - of van auto - kan op plaatsen stoppen waar andere types van cellen niet kunnen stoppen", zei Tamás. "De auto's of de soorten cellen die deelnemen aan het verkeer in de hersenen van een knaagdier, kunnen niet stoppen op deze plaatsen."

De volgende stap voor de onderzoekers is op zoek te gaan naar rozenbottel-neuronen op andere plaatsen in de hersenen, en hun potentiële rol in hersenaandoeningen te onderzoeken. 

En hoewel de onderzoekers nog niet weten of de rozenbottel-neuronen echt uitsluitend bij mensen voorkomen, is het feit dat ze niet lijken te bestaan in de hersenen van knaagdieren, een nieuwe klap voor de laboratoriummuis als het perfecte model om menselijke aandoeningen te bestuderen, vooral voor neurologische aandoeningen, zeggen de onderzoekers. 

"Onze hersenen zijn niet zo maar vergrote muizenhersenen", zei dokter Trygve Bakken, een senior wetenschapper aan het Allen Institute, en een van de auteurs van de studie. "Mensen maken daar al jaren opmerkingen over, maar deze studie legt de vinger op de wonde vanuit verschillende gezichtspunten."

"Veel van onze organen kunnen op een redelijke manier gemodeleerd worden in een dierlijk model", zei Tamás. "Maar wat ons echt onderscheidt van de rest van het dierenrijk, is de capaciteit en de output van onze hersenen. Dat maakt ons menselijk. En het blijkt dat het erg moeillijk is om voor die menselijkheid een model te vinden in een dierlijk systeem."

De studie van het team van het Allen Institute en de Universiteit van Szeged is gepubliceerd in "Nature Neuroscience".