Hersencellen hebben eigen rem tegen overprikkeling, blijkt uit onderzoek

Hersenen moeten voortdurend leren en zich aanpassen, maar mogen daarbij niet doorslaan. Als hersencellen te makkelijk signalen aan elkaar doorgeven, raakt het netwerk overprikkeld. Onderzoekers van onder meer de Stanford University ontdekten nu een ingebouwd veiligheidsmechanisme dat dit voorkomt. Ze deden hun experimenten op hersencellen uit de hippocampus van muizen, het hersengebied dat een centrale rol speelt bij geheugen en leren.

Een rem op het contactpunt tussen cellen

Hersencellen communiceren via synapsen: microscopisch kleine contactpunten waar de ene cel een chemische boodschapperstof, een neurotransmitter, afgeeft aan de andere. Dat gebeurt via blaasjes die naar de celmembraan bewegen en daarmee versmelten, aangestuurd door calcium dat de cel binnenstroomt. De onderzoekers ontdekten dat een eiwit genaamd VAMP7 dit proces afremt. Normaal gesproken helpt VAMP7 blaasjes juist versmelten met de membraan, maar bij veel activiteit doet het eiwit iets anders: het blokkeert specifiek de calciumkanalen die nodig zijn om de boodschapperstof glutamaat vrij te geven.

Het slimme zit in de timing. VAMP7 bevindt zich voornamelijk op een speciale groep blaasjes die alleen in beweging komen bij intensieve, hoogfrequente activiteit. Zodra een hersencel dus flink aan het werk is, komt er extra VAMP7 vrij dat zich aan de membraan hecht en daar samen met een ander eiwit, syntaxine, de calciumkanalen dichtzet. Op die manier ontstaat een natuurlijke terugkoppeling: hoe actiever de cel, hoe sterker de rem.

Wat gebeurt er zonder deze rem

Om te testen hoe belangrijk dit mechanisme is, schakelden de onderzoekers het uit in gekweekte hersencellen. Het resultaat was duidelijk: zonder de VAMP7-rem nam het aantal overactieve hersencellen sterk toe, gemeten aan de hand van het eiwit FOS, dat aanslaat wanneer een cel actief is geweest. De cellen bleven elkaar maar aanzwengelen, zonder ingebouwde demping.

Dit type zelfregulering wordt in de wetenschap metaplasticiteit genoemd: het aanpassen van de regels waarmee hersencellen op toekomstige prikkels reageren, in plaats van alleen het aanpassen van de huidige reactie. Eerder onderzoek liet al zien dat hersencellen hun gevoeligheid voor boodschapperstoffen kunnen aanpassen, maar deze studie toont voor het eerst een presynaptisch mechanisme: de afzender van het signaal remt zichzelf af, onafhankelijk van de ontvanger.

De bevindingen raken aan fundamentele vragen over hoe het brein stabiel blijft terwijl het voortdurend leert. Verstoringen in dit soort rem-mechanismen worden al langer in verband gebracht met aandoeningen als epilepsie, waarbij hersencellen juist ongecontroleerd vuren. Beter begrip van VAMP7 en vergelijkbare eiwitten kan daarom uiteindelijk bijdragen aan nieuwe aangrijpingspunten voor medicijnen tegen overprikkeling van het brein.