De bedrading van de hersenen: een moleculaire straf-en-beloning benadering

Een veelzijdig eiwit helpt bij het finetunen van verbindingen tussen hersencellen in het zich ontwikkelende brein. Dat is de conclusie van een onderzoek dat werd uitgevoerd bij het Nederlands Herseninstituut en dat gepubliceerd is in Cell Reports. De ontdekking van de groep van Christian Lohmann leidt tot nieuwe inzichten in ontwikkelingsstoornissen zoals autisme en kan leiden tot betere behandelwijzen.

Zenuwcel-stimulerende stof

Zenuwcellen in zich ontwikkelende hersenen maken netwerken met precieze verbindingen al voordat onze zintuigen actief worden. Vooral het eiwit BDNF (brain-derived neurotrophic factor) speelt hierbij een belangrijke rol. BDNF is een zenuwcel-stimulerende stof en is essentieel voor het overleven van zenuwcellen. Het creëert, stabiliseert en versterkt de verbindingen tussen zenuwcellen. De zenuwcellen maken ook een voorloper van BDNF (proBDNF) aan, die de verbindingen juist destabiliseert en verzwakt.

Uit het onderzoek blijkt dat juist deze tegengestelde interactie van de eiwitten de rangschikking van de verbindingen regelt. Terwijl proBDNF de verbindingen die gedesynchroniseerd raken, afstraft, wordt het door een enzym omgezet in BDNF. BNDF beloont en houdt vervolgens de verbindingen die een bijdrage leveren aan synapsclusters in stand.

Clusteren

Uit eerder onderzoek van het Herseninstituut blijkt dat verbindingen die dicht bij elkaar liggen op een cel vaker tegelijk actief zijn dan verbindingen die verder uit elkaar liggen. Dit wordt ook wel synaptisch clusteren genoemd. De onderzoekers zagen dat beide eiwitten, maar ook hun receptoren, nodig zijn voor de vorming van deze clusters. In het artikel stellen ze dat het BDNF-eiwit aanwezig is in synapsclusters en deze ook stimuleert. ProBDNF richt zich daarentegen op verbindingen die out-of-sync zijn en onderdrukt deze.

Samenvattend wijzen de resultaten op de aanwezigheid van een efficiënt plasticiteitsmechanisme, waarbij de tegenstrijdige werking van proBDNF en BDNF een cluster van verbindingen oplevert.