Neuronale communicatie ter hoogte van de synaps

Een synaps is het punt waarop twee neuronen met elkaar kunnen communiceren. Die communicatie gebeurt door het uitzenden van bepaalde chemische stoffen of neurotransmitters van de ene cel naar de andere. 

Wetenschappers aan het woord:

“De synaps is waar het allemaal gebeurt.”

“Aan de synaptische kloof worden elektrische signalen doorgegeven van de ene zenuwcel naar de andere. De opbouw en afbraak van deze contacten en hoe ze werken zijn enorm belangrijk voor hoe onze hersenen informatie doorgeven en opslaan, zoals bijvoorbeeld herinneringen.

Wat het allemaal heel erg ingewikkeld en interessant maakt is dat zenuwcellen enorm groot zijn. De synaps is vaak heel ver weg van de celkern, waar het DNA zit en eiwitten aangemaakt worden. Dopaminergische neuronen bijvoorbeeld kunnen tot wel 5,5 meter lang zijn! Om zo'n lange afstanden te overbruggen moeten de synapsen redelijk onafhankelijk kunnen functioneren. Dit bestuderen we in het labo: hoe organiseren synapsen de overdracht van signalen en waar loopt het mis in geval van ziekte?”

Professor Patrik Verstreken, VIB-KU Leuven

Recente onderzoeksresultaten:

Verstoorde 'stressverwerking' in de hersenen

Professor Patrik Verstreken (VIB-KU Leuven) is gespecialiseerd in hersenonderzoek en heeft een bijzondere belangstelling voor synapsen, de plaatsen waar hersencellen elkaar raken om elektrische signalen door te geven. In meerdere hersenaandoeningen – waaronder ook de ziekte van Parkinson – is de communicatie aan deze synapsen verstoord. Het onderzoek van professor Verstreken onthult nu een belangrijke oorzaak van die storing. 

Patrik Verstreken (VIB-KU Leuven): “Synapsen geven voortdurend een enorme hoeveelheid elektrische signalen door, soms meer dan 800 per seconde. Wij hebben ontdekt dat synapsen speciale mechanismen ontwikkeld hebben om dat ‘spervuur’ van signalen te verwerken. Maar als zo’n mechanisme niet goed werkt, ondervinden de synapsen schade. En dat leidt uiteindelijk tot verslechterde hersencommunicatie.”

Fitte synapsen zijn cruciaal

Het team van professor Verstreken onderzocht verschillende stressverwerkingsmechanismen in de hersenen en stelde vast dat een ervan verstoord is in het geval van parkinson. De afwijking is het gevolg van genetische factoren en heeft vooral een impact op de synapsen. 

Patrik Verstreken (VIB-KU Leuven): “Ons onderzoek is het eerste dat slechtwerkende synapsen zo concreet in verband brengt met parkinson. Om de ziekte te doorgronden, hebben we tot dusver vooral fruitvliegen bestudeerd. Nu kunnen we nagaan of hetzelfde stressverwerkingsmechanisme wordt verstoord in de hersenen van menselijke patiënten. Het team van Ira Milosevic aan het European Neuroscience Institute in Göttingen waarmee we nauw samenwerken heeft in elke geval al erg gelijkende bevindingen gedaan door gebruik te maken van muis neuronen. Ik denk dat ons onderzoek duidelijk maakt dat de zoektocht naar strategieën om de goede werking van synapsen te behouden cruciaal zal zijn in de verdere strijd tegen parkinson.”

Verder onderzoek

Bouwend op de resultaten van dit onderzoek willen de wetenschappers nu ontdekken hoe wijdverspreid deze verstoring van het stressverwerkingsmechanisme is.

Patrik Verstreken (VIB-KU Leuven): “Daarna hopen we manieren te vinden om de normale synaptische communicatie te herstellen. Door het stressverwerkingsmechanisme te ‘reactiveren’ zouden we misschien ook schade aan de synapsen kunnen verhelpen. Maar daar is uiteraard nog bijkomend onderzoek voor nodig.”

 

Publicatie
A LRRK2-Dependent EndophilinA Phosphoswitch Is Critical for Macroautophagy at Presynaptic Terminals.
Sandra-Fausia Soukup, Sabine Kuenen, Roeland Vanhauwaert, Julia Manetsberger, Sergio Hernández-Díaz, Jef Swerts, Nils Schoovaerts, Sven Vilain, Natalia V. Gounko, Katlijn Vints, Ann Geens, Bart De Strooper & Patrik Verstreken. Neuron 2016.

SANDRA SOUKOP:
"Ons onderzoek is het eerste dat slecht werkende synapsen zo concreet in verbrand brengt met Parkinson. Nu moeten we deze resultaten vertalen van de vlieg naar de patiënt."


Nieuwe mutatie wijst opnieuw op problemen met 'stressverwerking' aan de synaps

Recent werd een nieuwe genetische fout of mutatie gelinkt aan een vorm van erfelijke jong Parkinson. Het onderzoeksteam van Patrik Verstreken heeft uitgezocht wat er juist misloopt wanneer deze mutatie in het synaptojanin 1 (SYN1) gen zich voordoet. Ze toonden aan dat zowel in fruitvliegen als in stamcellen afkomstig van patiënten het gemuteerde SYN1 eiwit enkel actief is aan de synaps, de plaats waar hersencellen met elkaar communiceren. Door de mutatie is de synaps minder stressbestendig, wat de werking van zenuwcellen bemoeilijkt en ze uiteindelijk beschadigt. Dopaminergische neuronen zouden extra gevoelig kunnen zijn voor deze nadelige effecten.

LRRK2 speelt een soortgelijke rol, en de ontdekking dat deze nieuwe mutatie in SYN1 de neuronale communicatie op een zelfde manier beïnvloed onderstreept het belang van de werking van de synaps in het ziekteproces.

 

Publicatie
The SAC1 domain in Synaptojanin is required for autophagosome maturation at presynaptic terminals, Roeland Vanhauwaert, Sabine Kuenen, Roy Masius, Adekunle Bademosi, Julia Manetsberger, Nils Schoovaerts, Laura Bounti, Serguei Gontcharenko, Jef Swerts, Sven Vilain, Marina Picillo, Paolo Barone, Shashini T Munshi, Femke MS de Vrij, Steven A Kushner, Natalia V Gounko, Wim Mandemakers, Vincenzo Bonifati, Frederic A Meunier, Sandra‐Fausia Soukup & Patrik Verstreken. EMBO Journal 2017

PATRIK VERSTREKEN:
"Deze resultaten tonen opnieuw aan dat de synapse een centrale rol speelt in de ontwikkeling van de ziekte van Parkinson."


Ook schadelijke eiwitten worden doorgegeven aan de synaps

Neurodegeneratieve ziekten zoals parkinson, maar ook verschillende vormen van dementie, worden ernstiger naarmate schadelijke eiwitten zich in de hersenen verspreiden. Daarbij blijken synapsen – de plaatsen waar hersencellen elkaar raken om elektrische signalen door te geven – een centrale rol te spelen. Dat is de slotsom van een onderzoek geleid door professor Patrik Verstreken (VIB-KU Leuven), in samenwerking met Janssen Research & Development (Johnson & Johnson). Mochten we de verspreiding van schadelijke eiwitten kunnen voorkomen, dan zou ook de voortgang van neurodegeneratieve ziekten fors vertragen.

Prof. Patrik Verstreken (VIB-KU Leuven): “De verspreiding van neurodegeneratieve ziekten zoals parkinson of alzheimer kan je vergelijken met een druppel inkt die in een glas water valt. Naarmate de ziekte vordert, worden steeds meer hersengebieden aangetast door de schadelijke eiwitten. We wisten al dat die eiwitten de bestaande hersenvertakkingen volgen, maar het was nog niet duidelijk hoe de verspreiding zelf precies in zijn werk gaat.”

De onderzoekers hebben nu bewezen dat synapsen een cruciale rol spelen bij de verspreiding. Ze tonen aan hoe schadelijke eiwitten van de ene hersencel naar de andere bewegen, met de synaps als doorgeefluik. 

Deze ontdekking opent nieuwe perspectieven voor de behandeling van neurodegeneratieve ziekten. Door te begrijpen hoe schadelijke eiwitten zich in de hersenen verspreiden, zouden onderzoekers ook behandelingen kunnen ontwikkelen om dit proces te blokkeren. 

Publicatie
Loss of Bin1 Promotes the Propagation of Tau Pathology, Sara Calafate, William Flavin, Patrik Verstreken, Dieder Moechars. Cell Reports 2016

DIEDER MOECHARS:
"Ons werk tot dusver is gebaseerd op in-vitro-experimenten, dus zijn proeven op levende organismen nu de volgende stap. Nu we het verspreidingsmechanisme kennen, is het dus zaak om slimme manieren te zoeken om het te verhinderen."

X