Hoorcollege 1, inleiding hfst 1
Genexpressie hersenen, maar liefst de helft van alle genen die we
bezitten, komt tot expressie in de hersenen. Dat wil niet zeggen dat ze
exclusief tot expressie komen in het brein, aangezien een groot deel ook
in andere delen voorkomt, maar veel genen zijn wel specifiek geëvolueerd
voor functies in het zenuwstelsel.
ASMP, is een voorbeeld van een gen dat enkel in het zenuwstelsel tot
expressie komt. Wanneer dit gemuteerd is, resulteert dat in microcephaly.
Hierbij ontwikkelen de hersenen niet goed en zijn ze veel kleiner dan
normaal. Het gen is betrokken bij het transport langs microtubuli en als dit
eiwit gemuteerd is, loopt dat transport in de soep en kunnen de gradiënten waarlangs zenuwcellen
migreren niet goed aangelegd worden. Hierdoor mislukt de (embryonale) ontwikkeling.
Sequencing, door het genoom te sequencen van patiënten met microcephaly zijn ze erachter
gekomen dat er een specifiek gen bij betrokken was. Van veel hersenaandoeningen is echter lastig te
zeggen wat de oorzaak is. Dat is ook de reden dat voor velen nog geen geneesmiddelen of therapieën
bedacht zijn.
Hersenaandoening, er zijn veel hersenaandoeningen bekend, zoals depressie, epilepsie, autisme,
ADHD en schizofrenie, maar ook neurodegeneratieve aandoeningen, zoals Alzheimer, Parkinson,
Huntington. Verslavingen aan drugs, alcohol etc. kunnen ook voor veranderingen in het brein zorgen
waardoor de functionering afneemt.
Neurodegeneratie, bij neurodegeneratieve aandoeningen is het brein wel goed ontwikkeld, maar
gaat het op den duur achteruit.
Modelorganismen, als je eenmaal weet welke genen betrokken zijn bij een bepaalde aandoening,
kan je dat gaan onderzoeken. Je mag echter geen experimenten uitvoeren op de mens en daarom
gebruiken we modelorganismen. Brain imaging technieken mogen trouwens wel op de mens
toegepast worden, maar we kunnen niet zomaar secties maken voor de microscoop. Genetische
modelorganismen voor de neurobiologie zijn:
- Muis, is het voorkeursproefdier, omdat zijn hersenstructuur redelijk op de mens lijkt.
Daarnaast kunnen we bij muizen makkelijk genen out- of in-knocken.
- Zebravis (D. rerio), is ook een vertebraat, maar is qua hersenstructuur wel wat verder
verwijderd van de mens. Een voordeel is dat het veel makkelijker te houden is dan
bijvoorbeeld muizen.
- Fruitvlieg (D. melanogaster), de hersenen lijken totaal niet op de mens, maar een enkele
neuron wel. 70% v/d genen die in een Drosophila neuron tot expressie komen, komen ook bij
de mens tot expressie.
- C. elegans, een groot voordeel van deze nematode en Drosophila is dat je er forward genetic
screens mee kan doen. Hierbij induceer je random mutaties en selecteer je vervolgens op
een bepaald fenotype, bijvoorbeeld blind zijn. Vervolgens kijk je dan welke genen hierbij
betrokken zijn.
Bovenstaande organismen zijn genetische modelorganismen wat wil zeggen dat we ze goed kunnen
gebruiken om genen te manipuleren. Bij de fruitvlieg en C. elegans gaat dat het makkelijkst,
aangezien zij vrij kort leven en de generatietijd dus niet zo lang is.
Niet-genetische modelorganismen, in sommige gevallen wordt de mens zelf als model gebruikt. Zo
worden bij sommige operaties stukken van de hersenen verwijderd die dan onderzocht kunnen
worden. Andere organismen zijn:
- Kat, wordt veel gebruikt om de visuele cortex te onderzoeken.
- Vogels, met de kanarie wordt veel gebruikt om zang/spraak te onderzoeken.
- Kip, wordt gebruikt om de ontwikkeling te onderzoeken.
- Inktvis, wordt door zijn grote axonen gebruikt voor elektrofysiologisch onderzoek.
, - Goudvis, wordt gebruikt voor onderzoek naar de retina, aangezien het net als ons een
dagdier is. Nachtdieren, zoals de muis, bevatten een andere samenstelling van kegeltjes en
staafjes en zijn hiervoor dus minder geschikt.
- Bij, wordt gebruikt voor onderzoek naar gedrag.
Camillo Golgi, is een van de grondleggers van de neurobiologie. Hij is niet alleen bekend van
het golgi apparaat, maar ook van de golgi kleuring en zijn reticulaire theorie. In zijn tijd was
het nog niet bekend dat er synapsen bestonden. Zijn theorie was dat alle zenuwcellen in
elkaar met verbinding staan op vergelijkbare wijze als bloedvaten. Deze theorie bleek
uiteindelijk niet juist te zijn, al zijn er wel elektrische synapsen waarbij neuronen middels gap
junctions verbonden zijn.
Santiago Ramon Y Cajal, is ook een van de grondleggers van de neurobiologie. Hij heeft de
golgi kleuring gebruikt om tekeningen van neuronen te kunnen maken. Rechts is zo’n
tekening weergegeven waarin je duidelijk cellichamen met uitlopers ziet. Cajals theorie was
de neuron doctrine en dat houdt in dat die dacht dat de zenuwcellen allemaal afzonderlijke cellen
waren die met elkaar communiceren. Deze theorie bleek uiteindelijk juist te zijn, aangezien het
overgrote deel van het brein middels chemische synapsen communiceert.
Neuron doctrine, stelt dat neuronen discrete cellen zijn en dus niet één continuüm. Ze
communiceren via gespecialiseerde contacten en de informatie gaat in een bepaalde richting door
het neuron: dendriet → soma → axon. De informatie komt dus binnen op de dendrieten, wordt
geïntegreerd in het cellichaam en dan kan er een actiepotentiaal ontstaan in de axon. Dit is in de
tekening van Cajal al te zien doordat hij met pijlen de richting aangaf.
Sherrington, heeft net als de twee bovenstaande ook een Nobelprijs gekregen, aangezien hij
synapsen ontdekt en ontrafeld heeft.
Cellen, je hebt meerder soorten cellen in het brein:
- Zenuwcellen/neuronen:
o Gespecialiseerd voor elektrische signalen over lange afstanden
o D.m.v. elektrische actiepotentialen
o Zonder verlies van signaalsterkte
o Computatie, ze kunnen informatie van verschillende cellen integreren. Neuronen
kunnen daardoor (rekenkundige) bewerkingen doen aan signalen (computational
analysis).
- Glia cellen:
o Structurele steun
o Metabole steun
o Myeline scheden om axonen
o Immuunrespons
o Stamcellen (voor het repair van
beschadigingen)
Neuronen, komen in vele verschijningsvormen
voor. De rekenkundige bewerkingen zijn
afhankelijk van deze vorm. Rechts is een
afbeelding weergegeven. Bij F zijn Purkinje
cellen uit het cerebellum weergegeven die een
hele grote dendrietenboom bevatten en dus
veel input krijgen. Daar tegenover staan de
cellen die bij E te zien zijn. Zij bezitten geen
dendrieten en krijgen de input meteen op het
cellichaam. Verder zie je bij A een typische neuron met meerdere dendrieten en axonen. Er zijn ook
relatief simpele cellen, zoals degene in je retina (B). Deze worden ook wel bipolair genoemd en zij
ontvangen informatie van de kegeltjes/staafjes en geven dit door aan de retina. Tot slot zie je bij D
nog een cel zonder axonen. Deze scheidt zijn neurotransmitters in het weefsel uit. Op deze manier
worden de cellen in de buurt heel langzaam beïnvloed.
Genexpressie hersenen, maar liefst de helft van alle genen die we
bezitten, komt tot expressie in de hersenen. Dat wil niet zeggen dat ze
exclusief tot expressie komen in het brein, aangezien een groot deel ook
in andere delen voorkomt, maar veel genen zijn wel specifiek geëvolueerd
voor functies in het zenuwstelsel.
ASMP, is een voorbeeld van een gen dat enkel in het zenuwstelsel tot
expressie komt. Wanneer dit gemuteerd is, resulteert dat in microcephaly.
Hierbij ontwikkelen de hersenen niet goed en zijn ze veel kleiner dan
normaal. Het gen is betrokken bij het transport langs microtubuli en als dit
eiwit gemuteerd is, loopt dat transport in de soep en kunnen de gradiënten waarlangs zenuwcellen
migreren niet goed aangelegd worden. Hierdoor mislukt de (embryonale) ontwikkeling.
Sequencing, door het genoom te sequencen van patiënten met microcephaly zijn ze erachter
gekomen dat er een specifiek gen bij betrokken was. Van veel hersenaandoeningen is echter lastig te
zeggen wat de oorzaak is. Dat is ook de reden dat voor velen nog geen geneesmiddelen of therapieën
bedacht zijn.
Hersenaandoening, er zijn veel hersenaandoeningen bekend, zoals depressie, epilepsie, autisme,
ADHD en schizofrenie, maar ook neurodegeneratieve aandoeningen, zoals Alzheimer, Parkinson,
Huntington. Verslavingen aan drugs, alcohol etc. kunnen ook voor veranderingen in het brein zorgen
waardoor de functionering afneemt.
Neurodegeneratie, bij neurodegeneratieve aandoeningen is het brein wel goed ontwikkeld, maar
gaat het op den duur achteruit.
Modelorganismen, als je eenmaal weet welke genen betrokken zijn bij een bepaalde aandoening,
kan je dat gaan onderzoeken. Je mag echter geen experimenten uitvoeren op de mens en daarom
gebruiken we modelorganismen. Brain imaging technieken mogen trouwens wel op de mens
toegepast worden, maar we kunnen niet zomaar secties maken voor de microscoop. Genetische
modelorganismen voor de neurobiologie zijn:
- Muis, is het voorkeursproefdier, omdat zijn hersenstructuur redelijk op de mens lijkt.
Daarnaast kunnen we bij muizen makkelijk genen out- of in-knocken.
- Zebravis (D. rerio), is ook een vertebraat, maar is qua hersenstructuur wel wat verder
verwijderd van de mens. Een voordeel is dat het veel makkelijker te houden is dan
bijvoorbeeld muizen.
- Fruitvlieg (D. melanogaster), de hersenen lijken totaal niet op de mens, maar een enkele
neuron wel. 70% v/d genen die in een Drosophila neuron tot expressie komen, komen ook bij
de mens tot expressie.
- C. elegans, een groot voordeel van deze nematode en Drosophila is dat je er forward genetic
screens mee kan doen. Hierbij induceer je random mutaties en selecteer je vervolgens op
een bepaald fenotype, bijvoorbeeld blind zijn. Vervolgens kijk je dan welke genen hierbij
betrokken zijn.
Bovenstaande organismen zijn genetische modelorganismen wat wil zeggen dat we ze goed kunnen
gebruiken om genen te manipuleren. Bij de fruitvlieg en C. elegans gaat dat het makkelijkst,
aangezien zij vrij kort leven en de generatietijd dus niet zo lang is.
Niet-genetische modelorganismen, in sommige gevallen wordt de mens zelf als model gebruikt. Zo
worden bij sommige operaties stukken van de hersenen verwijderd die dan onderzocht kunnen
worden. Andere organismen zijn:
- Kat, wordt veel gebruikt om de visuele cortex te onderzoeken.
- Vogels, met de kanarie wordt veel gebruikt om zang/spraak te onderzoeken.
- Kip, wordt gebruikt om de ontwikkeling te onderzoeken.
- Inktvis, wordt door zijn grote axonen gebruikt voor elektrofysiologisch onderzoek.
, - Goudvis, wordt gebruikt voor onderzoek naar de retina, aangezien het net als ons een
dagdier is. Nachtdieren, zoals de muis, bevatten een andere samenstelling van kegeltjes en
staafjes en zijn hiervoor dus minder geschikt.
- Bij, wordt gebruikt voor onderzoek naar gedrag.
Camillo Golgi, is een van de grondleggers van de neurobiologie. Hij is niet alleen bekend van
het golgi apparaat, maar ook van de golgi kleuring en zijn reticulaire theorie. In zijn tijd was
het nog niet bekend dat er synapsen bestonden. Zijn theorie was dat alle zenuwcellen in
elkaar met verbinding staan op vergelijkbare wijze als bloedvaten. Deze theorie bleek
uiteindelijk niet juist te zijn, al zijn er wel elektrische synapsen waarbij neuronen middels gap
junctions verbonden zijn.
Santiago Ramon Y Cajal, is ook een van de grondleggers van de neurobiologie. Hij heeft de
golgi kleuring gebruikt om tekeningen van neuronen te kunnen maken. Rechts is zo’n
tekening weergegeven waarin je duidelijk cellichamen met uitlopers ziet. Cajals theorie was
de neuron doctrine en dat houdt in dat die dacht dat de zenuwcellen allemaal afzonderlijke cellen
waren die met elkaar communiceren. Deze theorie bleek uiteindelijk juist te zijn, aangezien het
overgrote deel van het brein middels chemische synapsen communiceert.
Neuron doctrine, stelt dat neuronen discrete cellen zijn en dus niet één continuüm. Ze
communiceren via gespecialiseerde contacten en de informatie gaat in een bepaalde richting door
het neuron: dendriet → soma → axon. De informatie komt dus binnen op de dendrieten, wordt
geïntegreerd in het cellichaam en dan kan er een actiepotentiaal ontstaan in de axon. Dit is in de
tekening van Cajal al te zien doordat hij met pijlen de richting aangaf.
Sherrington, heeft net als de twee bovenstaande ook een Nobelprijs gekregen, aangezien hij
synapsen ontdekt en ontrafeld heeft.
Cellen, je hebt meerder soorten cellen in het brein:
- Zenuwcellen/neuronen:
o Gespecialiseerd voor elektrische signalen over lange afstanden
o D.m.v. elektrische actiepotentialen
o Zonder verlies van signaalsterkte
o Computatie, ze kunnen informatie van verschillende cellen integreren. Neuronen
kunnen daardoor (rekenkundige) bewerkingen doen aan signalen (computational
analysis).
- Glia cellen:
o Structurele steun
o Metabole steun
o Myeline scheden om axonen
o Immuunrespons
o Stamcellen (voor het repair van
beschadigingen)
Neuronen, komen in vele verschijningsvormen
voor. De rekenkundige bewerkingen zijn
afhankelijk van deze vorm. Rechts is een
afbeelding weergegeven. Bij F zijn Purkinje
cellen uit het cerebellum weergegeven die een
hele grote dendrietenboom bevatten en dus
veel input krijgen. Daar tegenover staan de
cellen die bij E te zien zijn. Zij bezitten geen
dendrieten en krijgen de input meteen op het
cellichaam. Verder zie je bij A een typische neuron met meerdere dendrieten en axonen. Er zijn ook
relatief simpele cellen, zoals degene in je retina (B). Deze worden ook wel bipolair genoemd en zij
ontvangen informatie van de kegeltjes/staafjes en geven dit door aan de retina. Tot slot zie je bij D
nog een cel zonder axonen. Deze scheidt zijn neurotransmitters in het weefsel uit. Op deze manier
worden de cellen in de buurt heel langzaam beïnvloed.
