Wetenschappers hebben aangetoond dat omgevingsstress de normale ontwikkeling van het zenuwstelsel kan beïnvloeden bij wormen die de puberteit naderen
Wetenschappers hebben geprobeerd te begrijpen hoe onze genen (onze genetische samenstelling) en verschillende omgevingsfactoren onze vorm bepalen zenuwstelsel tijdens de vroege ontwikkeling als we opgroeien. Deze kennis kan ons begrip vergroten van verschillende neurologische aandoeningen die voornamelijk worden veroorzaakt wanneer normale neurale circuits in ons zenuwstelsel kapot gaan. In een studie gepubliceerd in NATUUR, hebben wetenschappers van de Columbia University het zenuwstelsel van kleine transparante wormen bestudeerd (C.elegans) om inzicht te krijgen in hoe het vorm krijgt. Ze laten zien dat stress veroorzaakt door omgevingsfactoren een blijvend intens effect kan hebben op verbindingen die plaatsvinden in het zenuwstelsel dat nog in ontwikkeling is. In hun experiment lieten ze mannelijke wormen verhongeren vlak voordat de wormen seksuele rijping zouden ondergaan, met als doel hun puberteit te belemmeren. Blootstelling aan externe stress, met name verhongering, zelfs een paar dagen vóór de seksuele rijping, beïnvloedde de bedradingspatronen van kritische neuronale circuits in het zenuwstelsel van de worm, waardoor normale veranderingen niet konden plaatsvinden. Het herbedradingsprogramma van hun zenuwstelsel werd feitelijk onderbroken. Toen deze 'gestresste' mannen eenmaal de puberteit ondergingen en volwassen werden, bleven er nog steeds onvolwassen circuits in hun zenuwstelsel achter, waardoor ze zich onvolwassen bleven gedragen. Hun onvolwassenheid werd beoordeeld door te observeren dat gestresste volwassen mannelijke wormen een hoge gevoeligheid vertoonden voor een giftige chemische stof genaamd SDS in vergelijking met normale volwassen mannetjes. De gestresste wormen brachten ook beperkte tijd door met andere hermafrodiete wormen en hadden problemen bij het paren.
Wetenschappers deden deze cruciale ontdekking toen sommige wormen per ongeluk enkele weken onbeheerd werden achtergelaten en geen voedsel kregen. Dit leidde tot een pauze in de normale ontwikkeling van wormen en ze kwamen in een staat die 'dauer-staat' wordt genoemd. Deze toestand is als een tijdelijke stopzetting van de normale groei van een organisme. In het geval van wormen, wanneer onvolgroeide wormen enige vorm van stress voelen, vindt er een tijdelijke pauze plaats in hun normale groei gedurende maanden en later, zodra de stress is verdwenen, wordt hun groei hervat. Dus nadat de hongersnood voorbij was, keerden de wormen terug naar hun normale omgeving en werden ze volwassen. Bij onderzoek van het zenuwstelsel van nu volwassen wormen, werd vastgesteld dat sommige onvolgroeide verbindingen in de staarten van mannelijke wormen werden behouden die idealiter tijdens seksuele rijping zouden zijn geëlimineerd (of gesnoeid). Onderzoekers hebben verder onderzoek gedaan om te stellen dat de 'dauer-toestand' uitsluitend werd veroorzaakt door hongersnood en niet door enige andere vorm van stress. De stress leidde tot het opnieuw toewijzen van hun draaddiagrammen. De tegenovergestelde effecten van twee neurotransmitters - serotonine en octopamine - beheersen het snoeien van circuits. De gestresste wormen hadden een hoge hoeveelheid octopamine die vervolgens de productie van serotonine blokkeerde. Als serotonine tijdens stress aan onrijpe mannen werd gegeven, vond normaal snoeien plaats en begonnen volwassenen een volwassen reactie op SDS te vertonen. Ter vergelijking: wanneer octopamine aan onvolgroeide mannetjes werd gegeven, verhinderde dit het snoeien van het circuit. Onderzoek suggereert dat stress een waarschijnlijk effect kan hebben op veranderingen in het zenuwstelsel wanneer de vroege ontwikkeling plaatsvindt. De neurotransmitter serotonine wordt geassocieerd met de mentale toestand van depressie bij mensen.
Zou deze mogelijkheid dan ook voor mensen gelden? Het is niet eenvoudig bij mensen, omdat we een veel groter en gecompliceerder zenuwstelsel hebben in vergelijking met dieren. Desalniettemin zijn wormen een eenvoudig maar efficiënt modelorganismen om zenuwstelsels te bestuderen en te analyseren. Hoofdonderzoekers van deze studie zijn een project gestart met de naam ceNGEN, waarmee ze de genetische samenstelling en activiteit van elk neuron in het zenuwstelsel van de C. elegans-worm in kaart zullen brengen, wat zou helpen om de totstandkoming van het zenuwstelsel in meer detail te begrijpen en de mogelijke samenwerking tussen iemands genetische samenstelling en iemands ervaringen.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
Bayer EA en Hobert O. 2018. Ervaringen uit het verleden vormen seksueel dimorfe neuronale bedrading door middel van monoaminerge signalering. NATUUR. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0452-0
***
