Menselijke hersenen die te snel groeien, kunnen leiden tot bepaalde vormen van een verstandelijke beperking of autisme. Dat blijkt uit een nieuwe studie van de VIB, KU Leuven en NERF (Neuro-Electronics Research Flanders), die deze week gepubliceerd is in het wetenschappelijk tijdschrift Neuron. De onderzoekers toonden voor het eerst in menselijke zenuwcellen aan dat een defect in een bepaald gen een belangrijke rol speelt in dit proces.

Menselijke hersenen doen er opvallend lang over om zich volledig te ontwikkelen. In tegenstelling tot andere dieren hebben onze hersencellen jaren nodig om volledig te rijpen. Dit langdurige proces is vermoedelijk cruciaal voor de ontwikkeling van de geavanceerde verstandelijke functies die zo typisch zijn voor onze soort. Wetenschappers vermoeden al lang er dat problemen in dit proces aanleiding zouden kunnen geven tot bepaalde hersenaandoeningen, zoals vormen van een verstandelijke beperking en autisme.

Eerdere studies hadden aangetoond dat DNA-fouten in het zogenaamde SYNGAP1-gen een verstandelijke beperking kunnen veroorzaken, en dat deze fouten ook een rol spelen bij autisme. Maar hoe deze genetische wijzigingen de werking van menselijke zenuwcellen beïnvloeden bleef grotendeels een raadsel. Een gebrek aan betrouwbare methoden om de ontwikkeling van menselijke hersencellen in het brein zelf te observeren, lag aan de basis van deze moeilijkheid.

Nu zijn wetenschappers van het VIB-KU Leuven Centrum voor Hersenonderzoek en het NERF erin geslaagd een model op te bouwen waarmee deze observaties wel mogelijk zijn. Ze implanteerden menselijke zenuwcellen met een DNA-wijziging in het SYNGAP1-gen in de hersenen van muizen, om vervolgens hun ontwikkeling en functie te bestuderen in het muizenbrein. In het jargon staat deze werkwijze bekend als een zogenaamd xenotransplantatiemodel.

"We zagen dat de zenuwcellen met SYNGAP1-wijzigingen er grotendeels normaal uitzagen, maar dat ze een sterke versnelling van hun ontwikkeling vertoonden", vertelt onderzoeker Ben Vermaercke (VIB-KU Leuven). "Het meest opvallende was dat ze veel sneller verbindingen maakten met andere zenuwcellen."

De wetenschappers ontdekten dat de defecte zenuwcellen zich sneller integreerden in bestaande zenuwnetwerken en al maanden eerder reageerden op visuele stimuli dan normaal, wat aangeeft dat de snellere rijping van de zenuwcellen ook gepaard gaat met vroegere activiteit binnen hersennetwerken. Zo konden de wetenschappers concluderen dat wanneer de lange ontwikkelingsperiode van de hersenen onderbroken wordt door een defect SYNGAP1-gen, er hersenaandoeningen als een verstandelijke beperking of autisme kunnen ontstaan.

De studie opent de deur naar nieuwe of verbeterde behandelingen. "Nu we deze vroege defecten in de ontwikkeling van menselijke zenuwcellen op het spoor zjin, kunnen we op zoek gaan naar manieren om de diagnose en behandeling van patiënten met een defect in SYNGAP1 te verbeteren", zegt professor Pierre Vanderhaeghen (VIB-KU Leuven).

Het transplantatiemodel dat de wetenschappers hebben ontwikkeld, maakt het voor het eerst mogelijk om menselijke zenuwziekten in een levend brein in detail te bestuderen. "We kunnen niet alleen kijken hoe de werking van de zenuwcellen zelf is aangetast, maar ook hun interactie binnen een groter hesennetwerk opvolgen", vertelt professor Vincent Bonin (NERF-KU Leuven). "Deze doorbraak vormt een veelbelovend model voor het begrijpen van allerlei neurologische ziekten en voor het testen van nieuwe behandelingen."