Cruciale 'verkeersregelaar' in zenuwcellen ontdekt

Celbiologen van de Universiteit Utrecht hebben een eiwit ontdekt dat de cruciale ‘verkeersregelaar’ voor het transport van belangrijke moleculen in zenuwcellen lijkt te zijn. Zonder deze verkeersregelaar komt het transport tot stilstand. Bekend is dat transportproblemen in zenuwcellen een rol spelen bij neurodegeneratieve ziekten zoals Alzheimer en Parkinson. De ontdekking van deze verkeersregelaar kan daarom van belang zijn voor een beter begrip van de ontwikkeling van neurale aandoeningen en op termijn voor de ontwikkeling van mogelijke behandelingen. De resultaten van het onderzoek worden gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Neuron op 19 april.

Zenuwcellen zijn de belangrijkste cellen in het zenuwstelsel. Zij versturen, ontvangen en combineren signalen vanuit de hersenen en het lichaam. Zenuwcellen bestaan uit een cellichaam en een axon. Het cellichaam maakt moleculen die essentieel zijn voor het functioneren en onderhoud van de cel. Het axon, een dunne uitloper die bij mensen wel één meter lang kan zijn, stuurt informatie naar andere zenuwcellen. Voor de overleving van zenuwcellen is het transport van moleculen in dit axon cruciaal. Onderzoek heeft aangetoond dat problemen met dit transport een belangrijke rol spelen bij degeneratieve hersenziekten zoals Alzheimer.

Eerste uitgebreide routekaart

“In eerder onderzoek naar transportprocessen in het axon is alleen gekeken naar kleinere delen, zoals helemaal aan het begin of het einde van het axon. Hoe het transport van moleculen over grote afstanden is georganiseerd, was nog onbekend. Wij hebben nu de eerste uitgebreide routekaart gemaakt van het transport in axonen van zoogdieren en mensen”, verklaart hoogleraar Celbiologie Casper Hoogenraad de relevantie van deze studie.

Raadsel

In de meeste zenuwcellen fungeert een zone tussen het cellichaam en het axon als een ‘controlepost’. Alleen bepaalde moleculen kunnen door deze zone het axon in of uit. Wetenschappers breken zich al meer dan tien jaar het hoofd over de vraag wat bepaalt welke moleculen wel en niet kunnen passeren. Het antwoord blijkt de door de Utrechtse celbiologen ontdekte ‘verkeersregelaar’, een eiwit genaamd MAP2. “Met deze ontdekking hebben we dus een fundamentele vraag beantwoord over de unieke werking van zenuwcellen”, aldus eerste auteur van de publicatie dr. Laura Gumy.

Drijvende kracht

De Utrechtse celbiologen ontdekten eerst dat tussen het cellichaam en het axon grotere hoeveelheden MAP2 voorkomen. Toen ze vervolgens MAP2 uit de zenuwcel haalden, veranderde het molecuultransport. Bepaalde moleculen kwamen het axon niet meer in, terwijl andere zich ophoopten in het axon in plaats van door te bewegen naar het cellichaam. MAP2 bleek dus de drijvende kracht achter het transport van en naar het axon.

Autosleutel

Vervolgens deden de celbiologen nog een belangrijke ontdekking. Omdat axonen zo lang zijn, worden moleculen in zenuwcellen vervoerd door combinaties van eiwitten - zogenaamde 'motoreiwitten’. De onderzoekers ontdekten dat MAP2 in staat is een specifiek 'motoreiwit' aan of uit te schakelen, zoals een autosleutel. Zo regelt MAP2 dus welke moleculen de controlepost passeren en welke niet. Door het motoreiwit te blijven volgen, kwamen de onderzoekers er bovendien achter dat MAP2 ook de aflevering van moleculen op specifieke punten in het axon kan bepalen.

Nieuwe targets voor therapieën

“Uit onderzoek blijkt een verband tussen problemen met het transport in axonen en de ziekten van Alzheimer, Parkinson, Huntington en verschillende andere neurodegeneratieve ziekten. Als de zenuwcel niet meer in staat is om te bepalen waar moleculen naartoe gaan, of moleculen niet daar kan krijgen waar ze nodig zijn, dan kan de cel zijn werk niet doen. Begrijpen hoe het transport van moleculen in de zenuwcel werkt is dus belangrijk om gericht te kunnen zoeken naar nieuwe aangrijpingspunten voor mogelijke therapieën voor neurodegeneratieve aandoeningen”, aldus Casper Hoogenraad.

Publicatie

‘MAP2 Defines a Pre-axonal Filtering Zone to Regulate KIF1- versus KIF5-Dependent Cargo Transport in Sensory Neurons
Laura F. Gumy, Eugene A. Katrukha, Ilya Grigoriev, Dick Jaarsma, Lukas C. Kapitein, Anna Akhmanova en Casper Hoogenraad.

DOI: 10.1016 / j.neuron.2017.03.046 (kan worden gedownload nadat het embargo is opgeheven)

Beeld en fotobijschrift

Artist impression van het transport van moleculen van cellichaam naar axon (NastPlas ^TM)

Meer informatie

Website Cell Biology Universiteit Utrecht

Life Sciences

Dit onderzoek maakt deel uit van Science for Life, één van de vier thema’s binnen het multidisciplinaire onderzoeksprogramma Life Sciences van de Universiteit Utrecht.

Contact

• Monica van der Garde, persvoorlichter faculteit Bètawetenschappen, m.vandergarde@uu.nl, 06 13 66 14 38.
• Nieske Vergunst, persvoorlichter faculteit Bètawetenschappen, n.l.vergunst@uu.nl, 06 24 90 28 01.