Chapter 1 - Studying the Nervous
System
Genetics and Genomics
Gen: coderende DNA sequenties (exonen) die templates zijn voor mRNA
en uiteindelijk getransleerd worden in een eiwit + regulatoire DNA
sequenties (promoters en intronen) die de genexpressie controleren
Genetische analyse: het analyseren van genen, wat fundamenteel is voor
het begrijpen van structuur, functie en ontwikkeling van organen en
orgaansystemen
Genomica: de analyse van complete DNA sequenties (coderend en
regulatoir)
Splice variants: verschillende messages getranscribeerd vanuit 1 gen. Dit
zorgt voor diversiteit, doordat 1 gen informatie kan coderen voor meerdere verschillende
eiwitten.
Een mutatie in een gen kan zorgen voor verschillende hersenaandoeningen. Onderzoek
naar de genomica kan ons helpen om therapieën te ontwikkelen voor deze aandoeningen.
Cellular Components of the Nervous System
Camillo Golgi kwam met de reticulaire theorie:
alle neuronen zijn verbonden met
protoplasmatische links, waardoor een continu
en direct verbonden neuron netwerk ontstaat.
Santiago Ramón y Cajal en Charles Sherrington
kwamen met een nieuwe neuron doctrine
theorie: neuronen zijn discrete cellen, die
onderling communiceren via speciaal contact
(synaps).
In 1950 werd er onderzoek gedaan met een
elektronenmicroscoop, waarna duidelijk werd
dat neuronen discrete cellen zijn (neuron
doctrine). Ook werden gap junctions gezien,
gespecialiseerde, intercellulaire continuïteiten
tussen sommige neuronen (reticulaire theorie).
Het zenuwstelsel kan onderverdeeld worden in
2 soorten cellen:
● Neuronen
● Gliacellen
,Neurons
Specialisatie: elektrische signalering op lange afstanden. Een morfologisch teken van deze
specialisatie is de uitgebreide vertakking van de cellen
● Axon: de meeste neuronen hebben 1 axon dat over een lange afstand in het lichaam
loopt. Ze kunnen vertakkingen hebben, maar niet zo uitgebreidt als dendrieten. Dit
deel is gespecialiseerd in het doorgeven van elektrische signalen.
● Dendrieten: de primaire doelwitten voor synaptische input van axon terminals van
andere neuronen. Ze bevatten veel ribosomen en specifieke cytoskelet eiwitten. De
variatie en grootte van de vertakkingen van dendrieten is erg groot. Neuronen met
vele dendritische vertakkingen worden geïnnerveerd door veel meer andere
neuronen dan neuronen zonder dendrieten. Dit zorgt voor een grotere integratie van
informatie
Convergentie: de hoeveelheid input naar 1 neuron
Divergentie: de hoeveelheid output vanuit 1 neuron
Synaptisch contact tussen axonen en dendrieten:
● Presynaptisch: axon terminal
● Postsynaptisch: receptoren van de doelwitcel
● Neurotransmitter: een molecuul dat gesecreteerd wordt vanuit het presynaptisch
membraan, om te binden aan de receptoren van het postsynaptisch membraan. Dit
zorgt voor communicatie tussen de cellen
● Synaptische spleet: de extracellulaire ruimte tussen de pre- en postsynaptische
membranen. Hierin bevinden zich extracellulaire eiwitten, die de diffusie, binding en
degradatie van moleculen beïnvloed
Interneuronen/lokale schakelneuronen: neuronen met relatief korte axonen
Projectieneuronen: neuronen met relatief lange axonen
Actiepotentiaal: een zelfregenererende golf van elektrische activiteit, waarmee elektrische
signalen doorgegeven worden. Dit zijn “all-or-nothing” veranderingen in het elektrische
potentiaal van het membraan, dat informatie van de ene naar de andere plek in het
zenuwstelsel brengt.
Synaptische transmissie: het proces waarmee informatie gecodeerd in actiepotentialen
doorgegeven wordt in synapsen
● Chemische synaps: de meest voorkomende synaps vorm in het zenuwstelsel.
Hierin wordt informatie doorgegeven m.b.v. neurotransmitters.
○ Synaptische blaasjes: de secretoire organellen in de presynaptische
terminal van chemische synapsen. Deze blaasjes zijn gevuld met
neurotransmitters, en soms neuroactieve moleculen
● Elektrische synaps: een minder voorkomende synaps vorm, waarbij gap junctions
betrokken zijn.
Glial Cells
Functies:
● Onderhouden van het ionische milieu van zenuwcellen
● Modulatie van de snelheid van signaal verspreiding
● Modulatie van synaptische actie door de opname en het metabolisme van
neurotransmitters (dicht)bij de synaptische spleet te controleren
, ● Een “steiger” creëren voor sommige aspecten van de neurale ontwikkeling
● Helpen in het herstel van neurale laesies
● Een interface tussen het brein en het immuunsysteem
● Faciliteren van de convectieve stroom van interstitieel vocht door het brein tijdens het
slapen. Dit spoelt metabool afval weg
3 typen glia cellen:
● Astrocyten: gliacellen die alleen in het centrale zenuwstelsel voorkomen en een
sterachtig uiterlijk hebben. Deze cel onderhoudt het chemische milieu voor neuronale
signalering, inclusief het vormen van de bloed-hersenbarrière. Astrocyten secreteren
een stof dat de constructie van nieuwe synapsen beïnvloed, ook hebben ze in het
adulte brein karakteristieken van stamcellen
● Oligodendrocyten: gliacellen die alleen in het centrale zenuwstelsel voorkomen en
myeline rondom axonen legt. Deze cellen behouden stamcel karakteristieken,
waardoor er nieuwe cellen gevormd kunnen worden als reactie op beschadiging
○ Schwann cellen: cellen die in het perifere zenuwstelsel myeline rondom
axonen legt
● Microgliacellen: gliacellen die erg lijken op macrofagen, ze ruimen cellulair afval op.
Ook secreteren ze signaalmoleculen die lokale ontstekingen kunnen moduleren
(cytokinen)
Glia stamcellen: gliacellen die het vermogen tot proliferatie en generatie van nieuwe
precursor en gedifferentieerde gliacellen (en soms neuronen) behoudt
● Astrocyten dichtbij de ventrikels in de subventriculaire zone (SVZ) of naast de
bloedvaten in de ventriculaire zone. SVZ astrocyten kunnen meer stamcellen,
neuronen en adulte astrocyten en oligodendrocyten creëren
● Oligodendrocyten precursors, verdeeld over de witte stof. Ze worden soms
polydendrocyten genoemd. Deze cellen creëren adulte oligodendrocyten en
sommige astrocyten.
, Cellular Diversity in the Nervous System
Golgi kleuring (A,B): door aankleuring met zilverzouten kunnen individuele neuronen
bekeken worden
Fluorescentie kleuring (C,D): inspuiten van fluorescente kleurstoffen in individuele
neuronen
Nissl kleuring (E,F,G,H): een techniek waarmee de structuren die DNA en RNA bevatten
(nucleolus, ribosomen, etc.) aangekleurd worden. Dit laat de distributie van cellichamen zien
Neural Circuits
Neuraal circuit: een ensemble dat specifieke informatie verwerkt
Neuropil: het gebied tussen de cellichamen waar de meeste synaptische activiteit
plaatsvindt. Het is een dichte wirwar van dendrieten, axon terminalen en gliacellen.
Afferente neuronen: neuronen die informatie vanuit de periferie naar centraal brengen
Efferente neuronen: neuronen die informatie vanuit centraal naar de periferie brengen
Interneuronen: neuronen die deelnemen in de lokale aspecten van het neuraal circuit,
vanwege de korte axonen.
Myotatisch reflex (kniepeesreflex)
● Afferente neuronen zijn sensorische
neuronen, met een cellichaam in de
dorsale wortel ganglia.
○ Cranial nerve ganglia:
ganglia met dezelfde functie,
maar dan voor het hoofd en
de nek
● De centrale axonen van de
sensorische neuronen komen binnen
in de ruggenmerg, waar ze eindigen
System
Genetics and Genomics
Gen: coderende DNA sequenties (exonen) die templates zijn voor mRNA
en uiteindelijk getransleerd worden in een eiwit + regulatoire DNA
sequenties (promoters en intronen) die de genexpressie controleren
Genetische analyse: het analyseren van genen, wat fundamenteel is voor
het begrijpen van structuur, functie en ontwikkeling van organen en
orgaansystemen
Genomica: de analyse van complete DNA sequenties (coderend en
regulatoir)
Splice variants: verschillende messages getranscribeerd vanuit 1 gen. Dit
zorgt voor diversiteit, doordat 1 gen informatie kan coderen voor meerdere verschillende
eiwitten.
Een mutatie in een gen kan zorgen voor verschillende hersenaandoeningen. Onderzoek
naar de genomica kan ons helpen om therapieën te ontwikkelen voor deze aandoeningen.
Cellular Components of the Nervous System
Camillo Golgi kwam met de reticulaire theorie:
alle neuronen zijn verbonden met
protoplasmatische links, waardoor een continu
en direct verbonden neuron netwerk ontstaat.
Santiago Ramón y Cajal en Charles Sherrington
kwamen met een nieuwe neuron doctrine
theorie: neuronen zijn discrete cellen, die
onderling communiceren via speciaal contact
(synaps).
In 1950 werd er onderzoek gedaan met een
elektronenmicroscoop, waarna duidelijk werd
dat neuronen discrete cellen zijn (neuron
doctrine). Ook werden gap junctions gezien,
gespecialiseerde, intercellulaire continuïteiten
tussen sommige neuronen (reticulaire theorie).
Het zenuwstelsel kan onderverdeeld worden in
2 soorten cellen:
● Neuronen
● Gliacellen
,Neurons
Specialisatie: elektrische signalering op lange afstanden. Een morfologisch teken van deze
specialisatie is de uitgebreide vertakking van de cellen
● Axon: de meeste neuronen hebben 1 axon dat over een lange afstand in het lichaam
loopt. Ze kunnen vertakkingen hebben, maar niet zo uitgebreidt als dendrieten. Dit
deel is gespecialiseerd in het doorgeven van elektrische signalen.
● Dendrieten: de primaire doelwitten voor synaptische input van axon terminals van
andere neuronen. Ze bevatten veel ribosomen en specifieke cytoskelet eiwitten. De
variatie en grootte van de vertakkingen van dendrieten is erg groot. Neuronen met
vele dendritische vertakkingen worden geïnnerveerd door veel meer andere
neuronen dan neuronen zonder dendrieten. Dit zorgt voor een grotere integratie van
informatie
Convergentie: de hoeveelheid input naar 1 neuron
Divergentie: de hoeveelheid output vanuit 1 neuron
Synaptisch contact tussen axonen en dendrieten:
● Presynaptisch: axon terminal
● Postsynaptisch: receptoren van de doelwitcel
● Neurotransmitter: een molecuul dat gesecreteerd wordt vanuit het presynaptisch
membraan, om te binden aan de receptoren van het postsynaptisch membraan. Dit
zorgt voor communicatie tussen de cellen
● Synaptische spleet: de extracellulaire ruimte tussen de pre- en postsynaptische
membranen. Hierin bevinden zich extracellulaire eiwitten, die de diffusie, binding en
degradatie van moleculen beïnvloed
Interneuronen/lokale schakelneuronen: neuronen met relatief korte axonen
Projectieneuronen: neuronen met relatief lange axonen
Actiepotentiaal: een zelfregenererende golf van elektrische activiteit, waarmee elektrische
signalen doorgegeven worden. Dit zijn “all-or-nothing” veranderingen in het elektrische
potentiaal van het membraan, dat informatie van de ene naar de andere plek in het
zenuwstelsel brengt.
Synaptische transmissie: het proces waarmee informatie gecodeerd in actiepotentialen
doorgegeven wordt in synapsen
● Chemische synaps: de meest voorkomende synaps vorm in het zenuwstelsel.
Hierin wordt informatie doorgegeven m.b.v. neurotransmitters.
○ Synaptische blaasjes: de secretoire organellen in de presynaptische
terminal van chemische synapsen. Deze blaasjes zijn gevuld met
neurotransmitters, en soms neuroactieve moleculen
● Elektrische synaps: een minder voorkomende synaps vorm, waarbij gap junctions
betrokken zijn.
Glial Cells
Functies:
● Onderhouden van het ionische milieu van zenuwcellen
● Modulatie van de snelheid van signaal verspreiding
● Modulatie van synaptische actie door de opname en het metabolisme van
neurotransmitters (dicht)bij de synaptische spleet te controleren
, ● Een “steiger” creëren voor sommige aspecten van de neurale ontwikkeling
● Helpen in het herstel van neurale laesies
● Een interface tussen het brein en het immuunsysteem
● Faciliteren van de convectieve stroom van interstitieel vocht door het brein tijdens het
slapen. Dit spoelt metabool afval weg
3 typen glia cellen:
● Astrocyten: gliacellen die alleen in het centrale zenuwstelsel voorkomen en een
sterachtig uiterlijk hebben. Deze cel onderhoudt het chemische milieu voor neuronale
signalering, inclusief het vormen van de bloed-hersenbarrière. Astrocyten secreteren
een stof dat de constructie van nieuwe synapsen beïnvloed, ook hebben ze in het
adulte brein karakteristieken van stamcellen
● Oligodendrocyten: gliacellen die alleen in het centrale zenuwstelsel voorkomen en
myeline rondom axonen legt. Deze cellen behouden stamcel karakteristieken,
waardoor er nieuwe cellen gevormd kunnen worden als reactie op beschadiging
○ Schwann cellen: cellen die in het perifere zenuwstelsel myeline rondom
axonen legt
● Microgliacellen: gliacellen die erg lijken op macrofagen, ze ruimen cellulair afval op.
Ook secreteren ze signaalmoleculen die lokale ontstekingen kunnen moduleren
(cytokinen)
Glia stamcellen: gliacellen die het vermogen tot proliferatie en generatie van nieuwe
precursor en gedifferentieerde gliacellen (en soms neuronen) behoudt
● Astrocyten dichtbij de ventrikels in de subventriculaire zone (SVZ) of naast de
bloedvaten in de ventriculaire zone. SVZ astrocyten kunnen meer stamcellen,
neuronen en adulte astrocyten en oligodendrocyten creëren
● Oligodendrocyten precursors, verdeeld over de witte stof. Ze worden soms
polydendrocyten genoemd. Deze cellen creëren adulte oligodendrocyten en
sommige astrocyten.
, Cellular Diversity in the Nervous System
Golgi kleuring (A,B): door aankleuring met zilverzouten kunnen individuele neuronen
bekeken worden
Fluorescentie kleuring (C,D): inspuiten van fluorescente kleurstoffen in individuele
neuronen
Nissl kleuring (E,F,G,H): een techniek waarmee de structuren die DNA en RNA bevatten
(nucleolus, ribosomen, etc.) aangekleurd worden. Dit laat de distributie van cellichamen zien
Neural Circuits
Neuraal circuit: een ensemble dat specifieke informatie verwerkt
Neuropil: het gebied tussen de cellichamen waar de meeste synaptische activiteit
plaatsvindt. Het is een dichte wirwar van dendrieten, axon terminalen en gliacellen.
Afferente neuronen: neuronen die informatie vanuit de periferie naar centraal brengen
Efferente neuronen: neuronen die informatie vanuit centraal naar de periferie brengen
Interneuronen: neuronen die deelnemen in de lokale aspecten van het neuraal circuit,
vanwege de korte axonen.
Myotatisch reflex (kniepeesreflex)
● Afferente neuronen zijn sensorische
neuronen, met een cellichaam in de
dorsale wortel ganglia.
○ Cranial nerve ganglia:
ganglia met dezelfde functie,
maar dan voor het hoofd en
de nek
● De centrale axonen van de
sensorische neuronen komen binnen
in de ruggenmerg, waar ze eindigen
