Snelvurende mandcellen in muizenhersentjes (afb: Nathalie Dehorter)

Het menselijk brein wordt vaak het ingewikkeldste systeem genoemd dat er bestaat, maar het blijkt nog ingewikkelder te zijn dan gedacht. De geleerden zijn het er nog altijd niet over eens hoeveel verschillende typen hersencellen ons brein huisvest. Sommigen denken dat er honderden verschillende hersencellen zijn, anderen denken aan meer dan duizend en nu blijken bepaalde hersencellen, aangeduid met mandcellen, ook nog eens van rol te kunnen wisselen. Het leven is niet eenvoudig…
Mandcellen zijn een soort verbindingscellen, die voorkomen in de hersenschors, de hippocampus en de kleine hersenen, waarvan ze zo’n twintigste deel van de hersencellen uitmaken. Ze vormen lokale circuits met elkaar en met piramidecellen, die piramidevormig en veel groter zijn en veel meer voorkomen. Die piramidecellen transporteren informatie naar ‘afgelegen’ delen van de hersens en produceren de neurotransmitter GABA, die de activiteit van de piramidecel remt.
Het is het idee dat die mandcellen er zijn in soorten en maten, wel een stuk of twintig, met als bekende de snel vurende cellen, die razendsnel reageren op inkomende signalen en de tragere, die pas na een tijdje reageren. Mandcellen worden, samane met andere neuronen, in onrijpe vorm geproduceerd in een apart deel van de hersens (het mediale zenuwknooporgaan of ‘medial ganglionic eminence’ in het Engels). Vervolgens verhuizen de cellen naar de hersensschors, waar ze synaptische verbindingen met andere cellen vormen.
In 2007 ontdekte Oscar Marin van het King’s College in Londen en medeonderzoekers een eiwit in de onrijpe cellen, dat Er81 werd gedoopt, maar ook in kleine hoeveelheden in sommige cellen in de hersenschors. Dat eiwit stuurt de genen die te maken hebben met de rijping van de cellen. Als Er81 wordt aangemaakt, dan dringt het de celkern binnen en bindt zich aan specifieke delen van het DNA, waar het de onrijpe cellen ‘de weg wijst’, door genen aan- en uit te schakelen afhankelijk van plaats en tijd.
De functie van dat eiwit in mandcellen was echter niet bekend en daarom gingen onderzoekers, onder aanvoering van Nathalie Dehorter, om te zien of Er81 bij dat type cellen ook niet de soort bepaalt. Daartoe onderzochten ze plakken van de hersenschors van genetisch gemanipuleerde muizen, waarvan de mandcellen een groen fluorescerend eiwit kunnen produceren als ze actief zijn. Ze gebruikten microelektrodes om de elektrische activiteit van de cellen te kunnen meten en kregen de bevestiging dat sommige van de fluorescerende cellen snel vurende cellen waren en andere de trage types. Het eiwit bleek volop aanwezig in de trage mandcellen en volledig afwezig in de snelvurende.
Vervolgens werd er weer geknutseld aan het genoom van die arme muisjes, waardoor het Er81-gen in sommige delen van de muizenhersentjes verdween en op bepaalde tijdstippen in het leven van de beestjes. Als het gen werd verwijderd in het mediale zenuwknooporgaan in muizenembryo’s, had dat geen effect op het aantal mandcellen of hun verdeling in de hersenschors. Kennelijk is het eiwit niet nodig voor de ‘verhuizing’ naar andere hersendelen of voor de eerste fases van de ontwikkeling tot volwassen cellen. Wel bleek dat de meeste mandcellen van de snelvurende soort waren. Het leek er op dat Er81 geassocieerd moest worden met de reactiesnelheid van de mandcellen.
Vervolgens werd er na nieuw genetisch geknutsel muizen gekweekt, waarbij het Er81-gen bij de mandcellen in de hersenschors ontbreekt. Dat leidt tot een volledig ontbreken van de trage mandcellen. Om een lang en ingewikkeld verhaal (de onderzoekers hebben daar tien jaar aan gewerkt) iets korter te maken: het niveau aan Er81 in de celkern blijkt direct gerelateerd aan de mate van vertraging en de activiteit van een neuraal netwerk verandert de verhouding tussen snel en langzaam reagerende mandcellen. Hoewel het eiwit niet in de kernen van de snelvurende cellen voorkomt, bevatten alle subtypes van de mandcellen Er81-‘afschriften’, kopieën van het DNA dat als mal dient voor de aanmaak van het eiwit (ik neem aan dat hier het RNA-molecuul wordt bedoeld). Het lijkt er dus op dat het eiwit als een soort schakelaar fungeert die de elektrische eigenschappen van mandcellen kan sturen in afhankelijkheid van de hersenactiviteit. Mandcellen vormen klaarblijkelijk eerder een continuüm dan een reeks afzonderlijke celtypes.

Het is overigens niet het eerste bewijs dat de rol van hersencellen niet nagelvast is. Zo blijken ook gerijpte neuronen van neurotransmitter  te kunnen wisselen en eerder dit jaar bleek dat het vernietigen van een sturend eiwit, LHX2, tastneuronen de mogelijkheid geeft van rol te veranderen, zodat ze andere informatie kunnen verwerken. De hersens blijken veel flexibeler dan altijd gedacht. Hoewel maar eentwintigste van de hersencellen mandcellen zijn, lijken ze van groot belang voor het functioneren van de hersens. Elk mandcel vormt een verbinding met tienduizenden piramidecellen en vormt zo netwerken die de gezamenlijke activiteit van de piramidecellen regelen alvorens de aldaar verwerkte informatie wordt overgedragen naar andere delen van de hersens.

Bron: the Guardian