Hersenstamcellen (rood de kern, groen de mitochondriën) na deling. Cellen met gefragmenteerde mitochondriëm (boven) ontwikkelen zich tot diverse soorten neuronen terwijl de cellen met buisvormige mitochondriën (onder) hersenstamcellen bleven (afb: Ryohei Iwata)

Mitochondriën worden vaak de energiecentrales van de cel genoemd. Ze hebben hun eigen kleine genoom, ook al zo opmerkelijk. Het lijkt er nu op dat ze ook nog eens een rol spelen in de rijping van hersenstamcellen in gespecialiseerde hersencellen, zo ontdekten onderzoekers in België onder leiding van Pierre Vanderhaeghen van de KU Leuven. Dat schijnen ze te doen gedurende een periode die bij mensen twee keer zo lang duurt als bij muisjes. Dat zou een verklaring kunnen zijn voor de abnormale (want te grote) hersens van mensen en het feit dat mitochondriale storingen kunnen leiden tot ontwikkelingsstoornissen van de hersens.
Onze hersens bestaan uit miljarden hersencellen in verschillende soorten en maten. Die komen ’te voorschijn’ als de hersenstamcellen stoppen met zich vermenigvuldigen en differentiëren in een bepaald soort hersencel. Dat proces is bijzonder goed geregisseerd, want wezenlijk voor het welzijn van het organisme. Gedacht werd dat kleine verschillen in de manier waarop hersenstamcellen zich ontwikkelen tot gerijpte cellen aan de basis ligt van aanzienlijk grotere en complexere hersens van mensen vergeleken bij andere zoogdieren.
Om wat inzicht in dat proces te krijgen onderzochten Pierre Vanderhaeghen en collega’s de rol van mitochondriën in dat ontwikkelingsproces. “Stoornissen in de mitochondriën zorgen voor problemen in de ontwikkeling van veel organen, vooral in de hersens. We dachten dat dat te maken had met de functie van mitochondriën als energieleveranciers, maar dat is slechts een deel van het verhaal. Recent onderzoek aan stamcellen wijst op een directe invloed op de orgaanontwikkeling. We hebben uitgezocht hoe dat in de hersens werkt”, zegt Vanderhaeghen.

De onderzoekers bekeken of de vervormingen van de mitochondriën iets te maken heeft met de differentiatie van de stamcellen. Vanderhaeghen: “Mitochondriën zijn erg dynamisch. Die kunnen samensmelten of zich opsplitsen. We weten dat die dynamiek iets te maken heeft met tot welke cel een stamcel zich ontwikkelt.”

Tijdvenster

Medeonderzoeker Ryohei Iwata ontwikkelde een methode om de mitochondriën te observeren tijdens het rijpingsproces. “We zagen dat kort nadat stamcellen delen de mitochondriën in de dochtercellen die stamcellen blijven samensmolten, terwijl die in dochtercellen die gingen differentiëren zich juist sterk opsplitsten.”
Dat bleek geen toeval. Die opsplitsing bevordert de differentiëring tot een gespecialiseerde hersencel, terwijl samensmelting de stamcellen in de stamcelfase hield. Het lijkt er dus op dat mitochondriën een rol spelen in de hersenontwikkeling in de embryonale fase. Het blijkt dat de invloed van de mitochondriale dynamiek is voorbehouden aan een specifiek tijdvenster vlak na de celdeling, waarbij dat tijdvenster voor mensen twee keer zo groot is als voor muizen.

Vanderhaeghen: “Eerder onderzoek was vooral gericht op de fase voor de deling van de hersenstamcellen, maar onze resultaten wijzen er op dat de bestemming van de cel voor een veel langere periode kan worden beïnvloed, zelfs na de deling van de hersenstamcellen.” Die kennis zou interessante mogelijkheden kunnen opleveren voor de programmering van cellen, waarbij stamcellen voor, bijvoorbeeld, therapeutische doeleinden zich ‘dienen’ te ontwikkelen tot een bepaald soort hersencellen.
“Dat die periode van plasticiteit (flexibiliteit; as) veel langer is voor mensencellen dan voor muizencellen zou kunnen wijzen op het grotere vermogen tot zelfvernieuwing van menselijke voorlopercellen en daarmee ook op de unieke kwaliteiten van onze hersens. Het is fascinerend om te bedenken dat de mitochondriën, die sedert een miljard jaar in cellen voorkomen, daaraan een bijdrage hebben geleverd.”

Bron: EurekAlert