Het succes bij het in kaart brengen van het volledige neurale netwerk van mannelijke en vrouwelijke wormen is een belangrijke vooruitgang in de richting van het begrijpen van de functie van het zenuwstelsel.
Ons zenuwstelsel is een ingewikkelde verbinding van zenuwen en speciale cellen genaamd neuronen die signalen naar verschillende delen van het lichaam sturen. Menselijk hersenen heeft miljarden neuronen die communiceren via een groot netwerk van synaptische verbindingen. Het begrijpen van de 'elektrische bedrading' van verbindingen in het zenuwstelsel is belangrijk om de levering van samenhangende functie(s) te begrijpen en om het gedrag van organismen te modelleren.
In een studie gepubliceerd op 3 juli in NATUUR, hebben onderzoekers het eerste volledige connectiviteitsdiagram van het zenuwstelsel van beide geslachten van het dier beschreven - nematode C. elegans. Deze kleine 1 mm lange volwassen rondworm heeft slechts ongeveer 1000 cellen en dus is het zenuwstelsel heel eenvoudig met slechts ongeveer 300-400 neuronen. C. elegans is gebruikt als een modelsysteem in de neurowetenschappen vanwege overeenkomsten met mensen. Het wordt beschouwd als een goed model om uiteindelijk het complexe menselijke brein te begrijpen dat uit meer dan 100 miljard neuronen bestaat. Een eerdere studie, meer dan drie decennia geleden uitgevoerd, had de verbindingen van het zenuwstelsel in vrouwelijke rondwormen (nematoden) in kaart gebracht. C. elegans zij het in minder detail.
In de huidige studie analyseerden onderzoekers reeds beschikbare en ook nieuwe elektronenmicrofoto's van volwassen mannen en vrouwen wormen en voegde ze samen met behulp van gespecialiseerde software om complete bedradingsschema's van beide geslachten te maken. Dit diagram is een soort 'neuronale kaart' en wordt het 'connectoom' genoemd. De matrixdiagrammen bevatten alle (a) verbindingen tussen individuele neuronen, (b) verbindingen tussen neuronen naar spieren en andere weefsels en (c) synapsen tussen spiercellen van het hele dier. De synaptische paden zijn zeer vergelijkbaar in mannelijke en vrouwelijke wormen, hoewel het aantal synapsen verschilt in sterkte en dus verantwoordelijk zijn voor geslachtsspecifieke mannelijke en vrouwelijke gedragingen op meerdere niveaus. De gedetailleerde mapping van sensorische input tot output van eindorganen helpt om af te leiden hoe deze dieren reageren op hun externe omgeving en welke zenuwverbindingen verantwoordelijk zijn voor welk bepaald gedrag.
De 'structuur' van het zenuwstelsel van de worm is een belangrijke stap op weg naar het kwantitatief in kaart brengen van verschillende neurale verbindingen in de hersenen, de regio en het zenuwstelsel om het gedrag van de worm te ontcijferen. Hoe deze dieren zich gedragen, kan helpen bij het specificeren van neurale verbindingen die kunnen haperen en een ziekte kunnen veroorzaken. Veel moleculen in het zenuwstelsel van rondwormen zijn vergelijkbaar met het menselijke zenuwstelsel. Deze studie kan ons helpen om uiteindelijk de verbanden in het menselijk zenuwstelsel en hun relatie met gezondheid en ziekte te begrijpen. Omdat bekend is dat veel neurologische en psychiatrische aandoeningen worden veroorzaakt door een probleem in deze 'bedrading', kan het begrijpen van verbanden ons helpen therapieën te ontwikkelen voor verschillende psychische aandoeningen.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
1. Cook, SJ et al. 2019. Hele dierlijke connectomen van beide geslachten van Caenorhabditis elegans. Natuur. 571 (7763). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1352-7
2. Witte JG et al. 1986. De structuur van het zenuwstelsel van de nematode Caenorhabditis elegans. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 314(1165). https://doi.org/10.1098/rstb.1986.0056
