Neuronal primary cilia are not required for hippocampal circuit function or behavior in adult mice
Door middel van genetische en gedragsstudies bij volwassen muizen toont dit artikel aan dat de deletie van primaire cilia uit hippocampale neuronen de neuronale prikkelbaarheid, synaptische plasticiteit of hippocampale-afhankelijke gedragingen niet aantast, wat de heersende opvatting uitdaagt dat deze structuren essentiële signaalhubs zijn in volwassen hersencircuits.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
In bijna elke cel van het menselijk lichaam, en in de hersenen van muizen, bestaat een klein, haarachtig uitsteeksel genaamd een primair cilium. Lange tijd dachten wetenschappers dat deze structuren nutteloze overblijfselen van de evolutie waren, zoals de appendix in de darmen. Echter, recente ontdekkingen hebben onthuld dat deze cilia tijdens de vroege vorming van een brein fungeren als cruciale commandocentra. Ze ontvangen chemische signalen die groeiende cellen vertellen waar ze heen moeten gaan en wat ze moeten worden. Wanneer deze structuren niet correct worden gevormd tijdens de ontwikkeling van de hersenen, kan het resultaat ernstig zijn, wat leidt tot misvormingen en intellectuele beperkingen. Dit heeft ertoe geleid dat veel onderzoekers geloven dat deze kleine antennes ook in het volwassen brein een vitale rol blijven spelen, als essentiële knooppunten die ervoor zorgen dat volwassen neuronen correct communiceren en zich gedragen.
De vraag die onbeantwoord bleef, was of deze structuren nog steeds noodzakelijk zijn zodra de hersenen volledig volgroeid zijn. Vertrouwen volwassen neuronen op hun primaire cilia om elektrische signalen af te vuren, nieuwe dingen te leren of het verleden te onthouden? Om dit te ontdekken, besloot een team onderzoekers van het St. Jude Children's Research Hospital om deze structuren uit de hersenen van volwassen muizen te verwijderen en te kijken wat er gebeurde. Ze richtten zich op de hippocampus, een zeepaardvormig gebied diep in de hersenen dat beroemd is om zijn rol bij het vormen van herinneringen en het navigeren in de ruimte. Door gebruik te maken van nauwkeurige genetische instrumenten, waren zij in staat om de genen die nodig zijn voor de bouw van primaire cilia te verwijderen, maar dit deden zij alleen in de volwassen neuronen van volwassen muizen, waardoor de rest van het lichaam en de ontwikkelende hersenen onaangetast bleven.
De onderzoekers gebruikten twee verschillende methoden om hun resultaten solide te waarborgen. Ten eerste kweekten ze muizen met een genetische schakelaar die het vermogen om cilia te maken in specifieke hersengebieden uitschakelde naarmate de dieren volwassen werden. Hierdoor konden ze muizen bestuderen die hun hele leven zonder deze structuren in hun hippocampale neuronen hadden geleefd. Ten tweede, om de mogelijkheid uit te sluiten dat de hersenen in de loop der tijd simpelweg hadden aangepast om te compenseren voor de ontbrekende onderdelen, gebruikten ze een krachtige laser om de cilia chirurgisch te verwijderen uit individuele neuronen in volwassen muizen, slechts enkele minuten voordat ze werden getest. Ze gebruikten ook een virus om de cilia te verwijderen in een andere groep volwassen muizen. In elk geval was het doel hetzelfde: te zien of de hersenen stopten met functioneren zonder deze kleine antennes.
Wat ze vonden was verrassend. Ondanks de volledige afwezigheid van primaire cilia in de volwassen neuronen, bleven de hersenen functioneren precies zoals ze dat zouden moeten doen. De elektrische activiteit van de neuronen bleef normaal. De cellen vuurden hun signalen af met dezelfde kracht en timing als gezonde cellen. Wanneer de onderzoekers testten hoe deze neuronen met elkaar communiceerden, waren de verbindingen even sterk, en de mogelijkheid om die verbindingen in de loop van de tijd te versterken — een proces dat essentieel is voor leren — was volledig onveranderd. De neuronen raakten niet in de war, werden niet traag of overactief. Ze gedroegen zich alsof de cilia er nooit waren geweest.
De onderzoekers gingen vervolgens van de microscoop naar de echte wereld om te zien of de muizen nog konden leren en onthouden. Ze plaatsten de muizen in een reeks tests die ontworpen waren om geheugen en gedrag te meten. In één test leerden de muizen een specifiek geluid of een specifieke kamer te associëren met een milde, ongevaarlijke schok. In een andere test moesten ze de locatie van een verborgen platform in een waterbekken onthouden. Ze testten de muizen ook op angst, sociale interactie en motorische vaardigheden. In elk geval presteerden de muizen zonder cilia net zo goed als de muizen met cilia. Ze leerden de taken snel, herinnerden zich deze dagen later en vertoonden geen tekenen van angst of sociale terugtrekking. Hun vermogen om te navigeren en met de wereld te interageren was niet te onderscheiden van dat van een normale muis.
Deze resultaten dagen een langgekoesterde aanname in de neurowetenschap uit. Hoewel het duidelijk is dat primaire cilia onmisbaar zijn voor het bouwen van een brein, suggereert deze studie dat ze niet vereist zijn om het draaiende te houden zodra het voltooid is. De bevindingen wijzen erop dat deze structuren in de volwassen hippocampus niet de belangrijkste signaalcentra zijn zoals veel wetenschappers geloofden. Het brein lijkt andere manieren te hebben om de complexe chemie van leren en geheugen te beheren die niet afhankelijk zijn van deze kleine uitsteeksels. Dit betekent niet dat cilia nutteloos zijn in het volwassen brein; ze kunnen nog steeds een rol spelen tijdens periodes van stress, ziekte of veroudering. Echter, onder normale, gezonde omstandighedenheden kan het volwassen brein perfect functioneren zonder hen, wat suggereert dat de regels voor hoe een brein werkt aanzienlijk veranderen van kindertijd naar volwassenheid.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.