Schade aan het genetische materiaal van zenuwcellen tijdens de ontwikkeling van de hersenen kan functionele achteruitgang veroorzaken als het probleem aanhoudt, zoals blijkt uit onderzoeken van de Universiteit van Kyoto en andere instellingen. Deze ontdekking werpt licht op de mechanismen achter verschillende neurologische aandoeningen.
Professor Kengaku onthulde samen met zijn medewerkers van de Universiteit van Kyoto dat het DNA van neuronen schade oploopt tijdens de eerste fasen van hersenvorming in de stad Kyoto.
Een team van onderzoekers van de Universiteit van Kyoto en andere entiteiten heeft door middel van experimenten met ratten bevestigd dat het DNA van zenuwcellen wordt aangetast terwijl de hersenen zich vormen. Deze verwonding treedt op wanneer neuronen, afkomstig uit stamcellen, beperkte ruimtes in de weefsels doorkruisen en daarbij krachten uitoefenen die de vorm van hun kernen drastisch kunnen wijzigen.
De meeste blessures herstellen vanzelf. Wanneer de schade echter aanhoudt, kan dit leiden tot zenuwdysfunctie en de manifestatie van ziekten. De conclusies van dit onderzoek zijn gepubliceerd in het prestigieuze Britse wetenschappelijke tijdschrift Nature magazine. Het belang van deze ontdekking ligt in het verschaffen van een dieper inzicht in de cellulaire gebeurtenissen die uiteindelijk kunnen leiden tot complexe neurologische aandoeningen.
De hersenschors, de buitenste laag, herbergt miljarden neuronen. Deze zenuwcellen, die voortkomen uit stamcellen in diepere gebieden, migreren door dicht weefsel om de cortex te bereiken. Hoewel het vermoeden bestond dat er op dit pad krachten werden toegepast, waren er weinig gevallen waarin dit fenomeen daadwerkelijk werd waargenomen in levende organismen, wat de methodologie van dit onderzoek tot een opmerkelijke vooruitgang in de neurowetenschappen maakt.
Professor Mineko Kengaku en haar team aan de Universiteit van Kyoto volgden de reis van zenuwcellen bij muizen tijdens de ontwikkeling van de hersenschors. Ze ontdekten dat de vorm van de kern aanzienlijk veranderde en dat de dubbele helixstructuur van het DNA erin brak toen de cellen door compactere weefsels bewogen.
Het is algemeen bekend dat DNA-dubbelstrengsbreuken celdood of de ontwikkeling van kanker kunnen veroorzaken. In deze studie verdwenen echter na voltooiing van de migratie en vorming van de hersenschors de dubbelstrengige breuken en volgden de hersenen van de muis een normale ontwikkeling.
Ter bevordering van het onderzoek werden experimenten uitgevoerd waarbij nauwe doorgangen in de hersenen kunstmatig werden gesimuleerd. Zenuwcellen en kankercellen werden aan deze passages onderworpen, die kleiner waren dan de diameter van de kern. Het is bekend dat kankercellen ook dubbelstrengige DNA-breuken lijden onder compressie in krappe ruimtes. Het waargenomen verschil was dat bij kankercellen het kernmembraan scheurde, terwijl dat van de zenuwcellen intact bleef.
In kankercellen zorgt de verstoring van het kernmembraan ervoor dat DNA in contact komt met afbrekende enzymen in de cel, waardoor breuken ontstaan. Analyse van de neuronen onthulde dat topoisomerase, een enzym dat normaal gesproken knikken in het DNA in de kern ongedaan maakt, ook breuken veroorzaakte als gevolg van mechanische stress. Deze breuken waren echter geconcentreerd in gebieden die niet essentieel waren voor de genfunctie en werden snel gerepareerd.
Toen muizen genetisch werden gemodificeerd zodat ze een tekort hadden aan het vermogen om DNA te repareren, leken hun zenuwcellen zich aanvankelijk normaal te ontwikkelen. Vervolgens werden echter de activering van ontstekingscellen en een afname van de expressie van genen die cruciaal zijn voor de neurale functie waargenomen. Met het ouder worden begon de cerebellaire functie van deze dieren af te nemen en werden stoornissen zoals veranderingen in het looppatroon opgemerkt.
Professor Kengaku verwoordt zijn toekomstige onderzoeksdoel: “Ik wil de betekenis van DNA-schade in het hersengenoom duidelijk begrijpen.”