Myeline bepaalt energiehuishouding in remmende hersencellen

Onderzoekers van het Nederlands Herseninstituut hebben ontdekt dat de energiehuishouding van remmende hersencellen anders in elkaar zit ten opzichte van stimulerende cellen in ons brein. Waarom is dat het geval en wat is de link met multiple sclerose?

Hersencellen staan met elkaar in verbinding door middel van axonen, de bekabeling waarlangs elektrische signalen worden doorgegeven. Om dit efficiënt te laten verlopen zijn axonen omwikkeld met myeline, een vettige stof. Het is een soort geleidend isolatiemateriaal dat ervoor zorgt dat het elektrische signaal zich sneller en efficiënter kan verplaatsten en dat het ook daadwerkelijk bij zijn eindbestemming aankomt. Het belang van myeline wordt duidelijk in ziektes zoals multiple sclerose (MS), waarbij myeline wordt afgebroken, wat schadelijke gevolgen heeft op de werking van het brein. Als gevolg van myelineverlies verloopt de geleiding van elektrische signalen veel minder soepel, met als resultaat dat de energiekosten van dit proces veel hoger worden.

Myeline blijkt zich op verschillende manieren te gedragen, afhankelijk van het type cel. Ons brein bestaat uit zowel stimulerende als remmende hersencellen. We hebben de remmers, ook wel bekend als interneuronen, nodig om structuur aan te brengen in de symfonie van de vele elektrische pulsen in onze hersenen. Als stimulerende hersencellen op willekeurige momenten actief zijn zonder rem om deze activiteit te sturen, dan wordt de communicatie tussen hersencellen minder precies. Interneuronen zijn dus van groot belang om ons brein efficiënt te laten functioneren.

Het team rondom onderzoeker Koen Kole en zijn supervisor Maarten Kole heeft gekeken naar een speciaal type interneuron: de Parvalbumine- ofwel PV-cel. Hoewel PV-cellen maar een klein percentage in beslag nemen van de cellen in de hersenschors, kunnen ze heel goed omliggende netwerken van hersencellen controleren. Dat komt met name omdat hun axonen heel uitgebreid zijn en veel vertakkingen hebben. Ze hebben ook een hoge mate van elektrische activiteit, wat veel energie kost, maar er ook voor zorgt dat PV-cellen omliggende cellen goed kunnen remmen. Opmerkelijk is dat PV-cellen alleen in de eerste paar takken van hun axon omwikkeld zijn met myeline, waardoor grote delen van het axon nog kaal zijn. Wat doet myeline dan precies in deze cellen?

Myeline blijkt wel degelijk van belang te zijn in PV-cellen. Eerdere studies naar weefsel van MS-patiënten laten zien dat PV-cellen afsterven wanneer myeline afneemt. Los van de geleiding blijkt myeline ook een rol te spelen in het voeden van de cel. Voedingsstoffen uit de myeline kunnen opgenomen worden door mitochondriën, de energiefabriekjes van de cel. Omdat PV-cellen veel energie gebruiken, dachten de onderzoekers dat myeline in deze cellen wel eens een belangrijke rol zou kunnen spelen om de mitochondriën te ondersteunen in de energieproductie.

Tegengesteld effect

Uit het nieuwe onderzoek blijkt dit inderdaad het geval te zijn bij PV-cellen, in tegenstelling tot andere celtypes. In stimulerende hersencellen waren mitochondriën gelijkmatig verdeeld over het axon, maar in PV-cellen zag het team dat in axonen met myeline méér mitochondriën aanwezig waren. En wanneer in experimentele setting de myeline wordt verminderd, dan was er bij PV-cellen een afname te zien in de hoeveelheid mitochondriën, terwijl in stimulerende cellen juist meer mitochondriën in het axon verschenen. En dat is nieuw. Mitochondriën gedragen zich in PV-cellen dus eigenlijk tegenovergesteld van wat eerder al bekend was in de literatuur bij andere typen cellen. Het lijkt erop dat myeline in PV-cellen juist mitochondriën aantrekt. Dit geeft aan dat er in verschillende celtypes andere regels gelden: de energiehuishouding in PV-cellen en de relatie tussen mitochondriën en myeline is blijkbaar anders. Maar waarom gebeurt dit nou juist in deze cellen?

Onderzoeker Koen Kole: ‘We vermoeden dat het ermee te maken heeft dat PV-cellen een ongelooflijk hoge energierekening hebben vanwege hun hoge mate van activiteit. Daarbij zijn hun axonen erg dun vergeleken met die van andere celtypes, wat hun energieverbruik nog verder zou kunnen verhogen. Mogelijk zijn PV-cellen daarom meer afhankelijk van externe voedingsstoffen uit de myeline. Een volgende belangrijke stap zou zijn om beter in kaart te brengen hoe myeline het energieverbruik in de axonen van PV-cellen beïnvloedt. Afwijkingen in PV-cellen en mitochondriën kun je naast MS in veel andere neurologische aandoeningen terugvinden. Het is dan ook van groot belang om meer inzicht te krijgen in de energiehuishouding in dit celtype.’

Bron: Nature Communications

Figuur: Links is een gezonde zenuwcel te zien met myeline om het axon. Dit zorgt ervoor dat de signaalverwerking sneller gaat en zorgt voor voeding van het axon. Rechts is een zenuwcel te zien van een MS-patiënt. Hierbij is te zien dat de myeline rondom het axon beschadigd is, waardoor de geleiding minder goed is en de cel uiteindelijk zelfs af kan sterven.