Beeldvorming

De ziekte van Alzheimer is een progressieve hersenaandoening die gekenmerkt wordt door geheugenverlies en verminderde mentale capaciteiten. De ziekte wordt vooral op latere leeftijd vastgesteld en vormt een toenemende, tot nu toe onomkeerbare, uitdaging voor de vergrijzende wereldbevolking.

De motorische zenuwcellen geven signalen van onze hersenen door aan onze spieren om ze aan te sturen. Bij amyotrofische laterale sclerose (ALS) breken de motorische zenuwcellen af, waardoor de vrijwillige spiercontrole progressief afneemt.

Astrocyten zijn stervormige gliacellen in de hersenen en de ruggengraat. Ze hebben verschillende ondersteunende en beschermende functies. Op klinisch gebied zijn ze van belang bij verscheidene neurologische ontwikkelingsstoornissen en neuro-immuunziekten.

Bio-informatica is een onderzoekdomein dat computerwetenschappelijke innovaties benut om biologische data te analyseren en te interpreteren. De toename van beschikbare data en computerkracht heeft voor een enorme vooruitgang gezorgd in dit vakgebied.

De hersenen behoren tot de meest complexe systemen die we kennen. Bijgevolg is ook het proces dat de groei en ontwikkeling van de hersenen stuurt, heel complex. Een stel functionele, volwassen hersenen is het resultaat van talloze biologische processen die strikt gecontroleerd moeten worden om stoornissen te voorkomen.

De hersenen behoren tot de meest complexe systemen die we kennen. Bijgevolg is ook het proces dat de groei en ontwikkeling van de hersenen stuurt heel complex. Een stel functionele, volwassen hersenen is het resultaat van talloze biologische processen die strikt gecontroleerd moeten worden om stoornissen te voorkomen.

Complexe organismen hebben cellen nodig om verschillende gespecialiseerde functies te kunnen uitvoeren. Cellen met gelijkaardige primaire functies zijn georganiseerd in weefsels, die samen het lichaam vormen. De organisatie en werking van die weefsels bepalen dan ook de toestand van het lichaam.

De ziekte van Charcot-Marie-Tooth is een groep aandoeningen die de perifere zenuwen in de benen en de armen aantasten. Het is een degeneratieve aandoening die doorgaans opduikt tijdens de adolescentie en tot spierzwakte en verlies van gevoel leidt.

Dementie is een algemene term en verwijst naar verschillende hersenaandoeningen die gekenmerkt worden door afnemende mentale functies, zoals het geheugen en taalgebruik. Die afname is het gevolg van abnormale veranderingen in de hersenen en is vaak zo ernstig dat ze het dagelijkse leven en de normale werking van het lichaam aantast.

Bij frontotemporale dementie sterven de zenuwcellen in de frontale hersenkwab geleidelijk aan af. Dat gebied van de hersenen is betrokken bij cognitieve functies, zoals emotie, probleemoplossing, geheugen en taal. Frontotemporale dementie uit zich bijgevolg in een afname van die functies.

Individuele genen bestuderen is zeer nuttig, maar dankzij recente ontwikkelingen in grootschalige gegevensproductie en -verwerking kunnen we nu ook volledige genomen bestuderen. Die vooruitgang in het onderzoek leidt tot talrijke nieuwe inzichten en hypothesen.

De visualisatie van biologische processen is al lang een krachtig instrument om de natuurlijke wereld beter te begrijpen. Computertechnologie heeft dat instrument echter een flinke boost gegeven. Daardoor kunnen we nu (virtueel) beelden produceren van processen waarvan lang werd gedacht dat we ze nooit zouden kunnen waarnemen.

Lonenkanalen transporteren ionen door membranen. Door deze functie dragen deze kanalen bij aan verschillende processen, zoals ontwikkeling en hormoonverspreiding. Het gebruik van fysieke principes kan ons helpen de mechanismen en functies van deze kanalen te begrijpen.

De hoeveelheid biologische data die dagelijks gegenereerd wordt, is gigantisch. Met behulp van algoritmes voor machine learning en specifieke vormen van artificiële intelligentie kunnen patronen gedetecteerd worden die het menselijke interpretatievermogen ver te boven gaan.

Cel- en organelmembranen zijn gevuld met eiwitten die zich in of op het oppervlak van deze membranen bevinden. Deze eiwitten vervullen verschillende belangrijke functies, zoals het transporteren van moleculen, signalering of regulering van cellulaire interacties.

Metabole technologieën stellen ons in staat om het kankermetabolisme in zijn geheel te onderzoeken. Zo kunnen we het metabolisme van verschillende kankersoorten onderzoeken en meer inzicht verwerven in de metabole processen die de groei van kanker stimuleren of afremmen.

Moleculaire biologie is de wetenschap die de moleculaire basis van biologische processen bestudeert. Daarbij worden de structuur en werking van moleculen, en de interactie tussen die twee, onderzocht. Typische onderzoeksthema's zijn de synthese, werking en interactie van moleculen.

Neurale netwerken zijn groepen neuronen die onderling verbonden zijn en doorgaans een specifieke functie uitvoeren door met elkaar te communiceren via synapsen. Die netwerken kunnen ook verbinding maken met andere netwerken en zo grootschalige hersennetwerken vormen.

Neuronen communiceren met elkaar via neurotransmitters om zo verschillende hersenprocessen en de acties die daaruit voortvloeien, aan te sturen. Neurale connectiviteit – en het gebrek daaraan – kan een grote impact hebben op de hersenfuncties en is betrokken bij een groot aantal hersenaandoeningen.

Neurodegeneratie verwijst naar de progressieve afname van zenuwcelstructuren en -functies. Dit komt voor bij verschillende neurodegeneratieve aandoeningen, zoals de ziekte van Alzheimer, amyotrofe laterale sclerose, de ziekte van Parkinson en de ziekte van Huntington.

Next generation sequencing omvat een reeks technologieën die het mogelijk maken om sneller en goedkoper dan ooit de sequentie van grote hoeveelheden DNA of RNA te bepalen. Dat levert enorme hoeveelheden biologisch relevante data op die vervolgens onderzocht kunnen worden.

De ziekte van Parkinson tast het centrale zenuwstelsel aan, en dan vooral de delen die verantwoordelijk zijn voor de motoriek. Het is een langdurige degeneratieve aandoening. Het eerste symptoom is doorgaans een lichte tremor die geleidelijk aan erger wordt. Medicatie kan verlichting bieden, maar er is momenteel geen remedie.

Plasticiteit duidt op het vermogen om zich aan te passen bij veranderende omstandigheden. Zenuwcellen en hersenen zijn daartoe in staat. Daardoor heeft men vastgesteld dat de hersenen in de loop van het leven van het organisme veranderen, waardoor neurale netwerken gewijzigd kunnen worden om optimaal te functioneren.

Proteasen zijn enzymen die eiwitten in verschillende componenten splitsen. Die componenten – peptiden of aminozuren – voeren onder meer bij de celgroei belangrijke taken uit. Proteasen zelf zijn bovendien betrokken bij de intercellulaire communicatie.

Eiwitten zijn continu met elkaar in interactie. In veel gevallen nemen die interacties de vorm aan van een nauwe band tussen twee of meer eiwitten. Zulke moleculen met meerdere eiwitten worden 'eiwitcomplexen' genoemd. Eiwitcomplexen zijn dynamisch en gevoelig voor structuurveranderingen.

Eiwitten zijn niet onafhankelijk van elkaar, maar bevorderen of beperken elkaars werking. Hun interacties worden vaak gestuurd door bepaalde structurele componenten, die al dan niet bij hun vorm en conformatie passen.

Om een functioneel eiwit te worden moet een aminozuurketen zich in een complexe driedimensionale vorm vouwen. Ook daarna blijven eiwitten zich steeds opnieuw vouwen in verschillende structurele conformaties. Het vouwproces is van cruciaal belang voor de vorming en werking van eiwitten.

Eiwitten zijn niet onafhankelijk van elkaar, maar bevorderen of beperken elkaars werking. Die interacties zijn complex en zeer talrijk. Het netwerk van eiwitreacties die aan de basis liggen van veel cruciale processen, is zeer uitgebreid, en er valt nog veel te onderzoeken.

Dankzij onze verschillende zintuigen kunnen we de wereld waarnemen. De informatie die onze zintuigen verzamelen, wordt doorgestuurd naar, en vervolgens geanalyseerd door, de hersenen. Aangezien het pad tussen het zintuiglijke orgaan en de hersenen uit zenuwcellen bestaat, is het zenuwstelsel van cruciaal belang om onze omgeving te kunnen waarnemen.

Om de biologische aard van de verschillende celtypes die een rol spelen in de hersenen, moeten we ze individueel bekijken. Single-cell technologieën hebben het mogelijk gemaakt om individuele, levende cellen gedetailleerd te bestuderen en een revolutie ontketend in de moleculaire neurologie.

Slaap is een fysiologische staat die gekenmerkt wordt door veranderingen in het bewustzijn, de spieractiviteit en de zintuiglijke waarneming. Tijdens de slaap verandert de hersenactiviteit. Slaap is bovendien zeer belangrijk voor het behoud van de normale hersenfunctie wanneer we niet slapen.

Biologische moleculen hebben een specifieke structuur en beschikken over bepaalde structurele dynamieken. Die structuur en de potentiële wijzigingen ervan kunnen de werking van de moleculen beïnvloeden. Biologische moleculen zijn gestructureerd in een complexe, driedimensionale vorm die het best gevisualiseerd en geïnterpreteerd kan worden met behulp van computertools.

Om de hersenen en het zenuwstelsel goed te laten functioneren is het noodzakelijk dat de betrokken neuronen met elkaar communiceren. Dat kan via de synapsen: structuren die de signalen van de neuronen doorgeven via moleculen die bekendstaan als neurotransmitters.

De weg van gen naar eiwit bevat verschillende tussenstappen. Eén daarvan is de transcriptie van DNA naar mRNA. De volledige set mRNA-transcripties wordt het 'transcriptoom' genoemd. Die dataverzameling bevat een grote hoeveelheid informatie over de genexpressie in een cel.