Decennialang zijn axonen, de uitlopers van neuronen die elektrische impulsen overbrengen, in handboeken beschreven als uniforme, buisvormige structuren. Een recente studie van de Johns Hopkins University heeft echter aangetoond dat deze visie onjuist was. In plaats van doorlopende buizen hebben axonen op nanoscopisch niveau een opvallende “parelsnoer ”-structuur, waardoor ons begrip van de werking van neuronen en hun signaaltransmissie volledig is veranderd. Het onderzoek, gepubliceerd in Nature Neuroscience, maakte gebruik van geavanceerde elektronenmicroscopie en wiskundige modellering om de axonen van muizen te analyseren. Volgens Dr. Shigeki Watanabe, leider van het onderzoek, ziet deze structuur er niet alleen interessant uit, maar heeft deze ook direct invloed op de voortplanting van elektrische impulsen langs neuronale vezels.
Axonen, die ooit als gladde buizen werden beschouwd, vertonen nu dunne segmenten afgewisseld met uitstulpingen van ongeveer 200 nanometer, waardoor de manier waarop actiepotentialen werden verondersteld te worden doorgegeven, verandert. De onderzoekers gebruikten innovatieve technieken om de structuur van de axonen onveranderd te laten. Dankzij deze aanpak konden ze de morfologie in haar natuurlijke staat observeren, waarbij ze het proces vergeleken met “het invriezen van een druif in plaats van er een sultana van te maken”. De resultaten tonen aan dat deze structuur geen defect is, maar een functioneel kenmerk dat aanwezig is in ongemyeliniseerde axonen, wat een mogelijke herziening inhoudt van ons begrip van neurodegeneratieve ziekten, zoals de ziekte van Alzheimer.
Nieuwe ontdekking over neuronen
Wetenschappers van de Johns Hopkins University hebben onlangs verrassende ontdekkingen gedaan over axonen, die een fundamenteel onderdeel van neuronen vormen en als functie hebben om signalen tussen het cellichaam en andere neuronen over te brengen.
Het onderzoek werd geleid door Dr. Shigeki Watanabe, hoogleraar celbiologie en neurowetenschappen aan de Johns Hopkins University School of Medicine, en richtte zich op hersencellen van muizen. Met behulp van geavanceerde technieken zoals hoge-druk elektronenmicroscopie en wiskundige modellering, was het team in staat om met grote precisie de axonale structuren te observeren, die in plaats van continu en cilindrisch te zijn, dunne segmenten hebben afgewisseld met zwellingen, bekend als “varicosities” of “axonparels”.
Een van de technieken die ze gebruikten was het bevriezen van de weefsels met flitslicht om de werkelijke vorm van de axonen te behouden. Volgens Watanabe is deze techniek vergelijkbaar met “het invriezen van een druif in plaats van er een sultana van te maken”, waardoor de structuur intact blijft en niet vervormd raakt zoals bij andere methoden. Door deze aanpak ontdekten de wetenschappers dat ongemyeliniseerde axonale structuren (d.w.z. structuren zonder de isolerende myelineschede) deze “parels” vertonen, wat het idee versterkt dat deze morfologie een functioneel kenmerk is, en geen defect.
Wetenschappers ontdekten dat de “parel”-structuur van axonen de snelheid van de elektrische signaaloverdracht beïnvloedt. In experimenten werden de parels kleiner wanneer cholesterol uit axonale membranen verwijderd werd, waardoor de signaaloverdracht vertraagd werd. Daarentegen zorgde hoogfrequente elektrische stimulatie ervoor dat de bolletjes groter werden, waardoor de signaalgeleiding versnelde. Deze bevinding suggereert dat axonen plastischer zijn dan eerder gedacht en zich aanpassen aan de behoeften van het organisme, afhankelijk van de omgevingsomstandigheden.
Deze ontdekking heeft belangrijke implicaties voor het begrip van neurowetenschappen en, in het bijzonder, neurodegeneratieve ziekten. Axonen fungeren als draden om elektrische signalen door het zenuwstelsel te sturen, en spelen ook een sleutelrol bij leren, geheugen en andere cognitieve functies. De aanwezigheid van deze bolletjes in axonen is niet alleen een structurele curiositeit; het kan ook belangrijke effecten hebben op de snelheid en efficiëntie waarmee elektrische signalen worden doorgegeven.
Dit onderzoek heeft ook een directe invloed op het gebied van neurodegeneratieve ziekten, zoals Alzheimer en Parkinson, die worden gekenmerkt door een verlies van integriteit in neuronen. Eerder onderzoek heeft al aangetoond dat een onbalans in cholesterol in de hersenen verband houdt met de progressie van deze ziekten. De nieuwe ontdekking dat de structuur van axonparels afhankelijk is van cholesterol, opent nieuwe wegen voor onderzoek naar therapieën die gericht zijn op het verbeteren van de gezondheid van neuronen.
Dr. Watanabe en zijn team willen hun onderzoek op monsters van menselijk hersenweefsel voortzetten om te onderzoeken of deze zelfde axonparelstructuur ook bij mensen voorkomt en hoe deze kan veranderen bij mensen die lijden aan neurodegeneratieve ziekten. Dergelijke studies zouden kunnen helpen bij het identificeren van vroege biomarkers van deze ziekten en uiteindelijk bij het ontwikkelen van effectievere behandelingen.
Toekomstige studies zouden meer informatie kunnen opleveren over hoe deze structuren de menselijke hersenen beïnvloeden en hoe ze gebruikt kunnen worden om in de toekomst nieuwe therapeutische strategieën te ontwikkelen.