Wetenschappers werpen licht op hoe menselijke hersencellen anders functioneren dan die van andere dieren
Het LRRC37B-gen maakt onze hersencellen minder prikkelbaar: hoe het bestuderen van de evolutie van het menselijk brein mogelijke implicaties heeft voor epilepsie en autisme
22 december 2023
Leuven, 22 december – Wat maakt ons menselijk brein werkelijk uniek vergeleken met andere primaten? Onder leiding van Baptiste Libé-Philippot, Joris De Wit en Pierre Vanderhaeghen heeft het VIB-KU Leuven Centrum voor Hersenonderzoek een tipje van de sluier opgelicht. Ze ontdekten een gen dat enkel tot uiting komt in menselijke hersencellen en een cruciale rol speelt bij het reguleren van de elektrische prikkelbaarheid, een belangrijk aspect van de hersenfunctie dat verstoord kan zijn bij neurologische verschillen zoals epilepsie en autisme. De studie, gepubliceerd in Cell, werpt nieuw licht op de evolutie van het menselijk brein en vergroot onze kennis over neurologische aandoeningen.
Koning van de hersenjungle
Mensen hebben hogere cognitieve functies dan andere dieren, met verbeterde vaardigheden op het gebied van taal, abstract redeneren, en sociaal denken. Maar wat onderscheidt het menselijk brein nu echt van andere soorten? De specificiteit van het menselijk brein is verbonden met de evolutie van onze neurale circuits, net zoals de prestaties van een computer kunnen worden verbeterd door de configuratie van de microcircuits aan te passen. Maar wetenschappers hebben onlangs ontdekt dat de functionele eenheden van ons brein – de hersencellen of neuronen - ook zijn geëvolueerd in onze soort.
Een belangrijk kenmerk van de mens ligt in de elektrische eigenschappen van neuronen in de hersenschors, de buitenste laag van de hersenen die verantwoordelijk is voor de hogere cognitieve functies. In vergelijking met andere soorten zijn menselijke corticale neuronen minder prikkelbaar, waardoor ze minder elektrische signalen genereren in reactie op dezelfde prikkels. Elektrische signalen zijn cruciaal voor neuronale communicatie en verminderde prikkelbaarheid in menselijke corticale neuronen zou hen in staat kunnen stellen complexere informatie te verwerken. Wat menselijke neuronen minder prikkelbaar maakt, was echter nog een mysterie. Nu hebben onderzoekers van VIB hier meer licht op geworpen.
"We hebben een nieuw gen ontdekt dat de prikkelbaarheid van menselijke neuronen regelt, maar niet die van andere diersoorten," zegt professor Pierre Vanderhaeghen. "Deze bevinding doet vermoeden dat sommige van onze neuronen mogelijk anders functioneren dan die van andere primaten, zelfs chimpansees. Dit inzicht is vrij onverwacht gezien onze huidige kennis over menselijke evolutie."
Het neurale landschap ontcijferen
In hun recente studie ontdekten de wetenschappers een receptor-eiwit genaamd LRRC37B dat selectief aanwezig en actief is in de neuronen van de menselijke hersenschors, maar ontbreekt in de neuronen van andere dieren, inclusief chimpansees. Door te interageren met andere eiwitten moduleert LRRC37B de activiteit van de elektrische stromen van de neuronen, waardoor wordt gereguleerd hoe ze signalen doorgeven. De onderzoekers toonden verder aan dat neuronen uit menselijk hersenweefsel die LRRC37B tot expressie brachten minder prikkelbaar waren dan neuronen zonder expressie van deze receptor.
"Onze bevindingen suggereren dat onze menselijke voorouders de expressie van het LRRC37B-gen hebben verworven tijdens de evolutie, wat onze neuronale fysiologie reguleert," legt Dr. Baptiste Libé-Philippot, eerste auteur van de studie, uit. "De resultaten tonen aan dat LRRC37B bijdraagt tot de verminderde prikkelbaarheid van de neuronen in de menselijke hersenschors, een eigenschap die kan bijdragen aan onze verbeterde cognitieve vaardigheden. Bijvoorbeeld zou dit ons in staat kunnen stellen complexere informatie met meer efficiëntie en precisie te verwerken, zoals taal."
Van evolutie tot therapie
De ontdekking van LRRC37B is niet alleen belangrijk voor de studie van het brein, maar ook voor hersenziekten en hun behandelingen. De onderzoekers ontdekten dat het LRRC37B-eiwit werkt door te interageren met verschillende andere eiwitten, die allemaal betrokken zijn bij ernstige vormen van epilepsie en autisme die geassocieerd zijn met abnormale neuronale prikkelbaarheid.
Professor Vanderhaeghen kijkt uit naar de toekomst: "LRRC37B is een aantrekkelijk doelwit voor medicijnen. Door de signalen ervan te manipuleren via medicatie, zou het mogelijk kunnen zijn om neuronale prikkelbaarheid te moduleren, wat nuttig zou kunnen zijn voor veel neurologische aandoeningen zoals epilepsie. Op deze manier hopen we dat, door het beter begrijpen van de evolutie van het menselijk brein, we innovatieve behandelingen kunnen vinden voor menselijke hersenziekten."
Publicatie
LRRC37B is a human modifier of voltage-gated sodium channels and axon excitability in cortical neurons. Libé-Philippot et al. Cell, 2023. DOI: 10.1016/j.cell.2023.11.028
Dit werk werd gefinancierd door de Europese Onderzoeksraad, het EOS/FWO-programma, het FWO, de Generet Foundation, en de Belgische Koningin Elisabethstichting.
Over het VIB-KU Leuven Centrum voor Hersenonderzoek
Het VIB-KU Leuven Centrum voor Hersenonderzoek onderzoekt hoe hersencellen georganiseerd zijn en hoe ze met elkaar communiceren. Deze mechanismen blootleggen, geeft inzichten in wat er mis gaat bij hersenaandoeningen, zoals alzheimer, parkinson, ALS, en dystonie. Dit basiswerk moet uiteindelijk leiden tot nieuwe geneesmiddelen tegen deze ongeneeslijke aandoeningen.