Hoofdstuk 1: Studying the nervous system
Genetics and genomics
- Een gen bevat zowel coderend DNA (exonen) en regulator
DNA (promotoren en intronen)
- Genetische analyse is essentieel voor het begrijpen van de
structuur, functie en ontwikkeling van organen en orgaan
systemen
- 70% van het menselijk genoom is actief in neuronale cellen =
14000 genen zijn actief in neuronen. Van deze 14000 zijn
6000 genen neuron specifiek. 8000 genen die zowel in het
brein als in andere cellen voorkomen.
- Splice varianten voegen meer complexiteit toe aan de genexpressie in neuronen.
- Mutaties in neuron-specifieke genen kunnen leiden tot ziektes.
o Een mutatie in het mitose gen (ASMP) kan leiden tot microcephaly: een
conditie waar het hoofd en de hersenen slecht groeien. Mutatie in het ASMP
(Abnormal Spindle-like microcephaly-associated protein) gen resulteert in
een fout in de ontwikkeling van de hersenen. Dit gen eiwit is normaal
betrokken bij microtubuli, een mutatie zorgt ervoor dat de gradiënten die nodig
zijn voor de ontwikkeling niet goed aangelegd kunnen worden. Dit voorkomt
cellen om goed te migreren waardoor het brein minder goed kan ontwikkelen.
o Degendratieve ziektes zoals Parkinson, Huntington, Alzheimer ontstaan ook
door neuron-specifieke genen.
o Metale retardatie: depressie, epilspie, autisme, adhd, ADD, schizofrenie
- Alleen het genotype van de hersenen gaat de complexiteit niet uitleggen. Om het brein
te begrijpen moet er gekeken worden naar de celbiologie, anatomie, neurnale systemen
en deze als een geheel bestuderen.
Model organsimen in de neurobiologie
- Genetische modellen:
o De mens: is niet altijd ethisch maar wel het beste omdat sommige neuronale
aandoeningen alleen in de mens voorkomen. Kan goed onderzocht worden met
brain imaging
o De muis (knaagdieren): dit is een zoogdier met een brein die heel erg lijkt op
dat van de mens
o C. Elegans: heeft een beperkt aantal cellen die allemaal bekend zijn en een
kleine generatietijd
o D. melangaster: brein lijkt niet op de mens maar een enkel neuron wel, heeft
een kleinere generatietijd
- Niet genetische modellen:
o De kat: wordt veel gebruikt voor het visuele systeem
o Vogels: wordt veel gebruikt voor zang/spraak
o De kip: wordt veel gebruikt voor de ontwikkeling
o De inktvis: heeft een heel groot neuron dat goed gebruikt kan worden in
membraan potentiaal
o De goudvis: voor retina omdat ze dezelfde kleuren zien als de mens
o De bij: voor sociaal gedrag
, Cellular components of the nervous system
Begin 19e eeuw waren neuronen geïdentificeerd maar de axon en dendriet structuur waten nog
niet duidelijk.
Cammillo Gogli: de ontdekker van Golgi apperaat maar ook van Golgi kleuring.
Golgi kleuring is een zilveren kleuring die in het brein een subset van neuronen
aankleurt. Reticulaire theorie: theorie dat het brein + de neuronen 1 groot netwerk is,
dat alle cellen met elkaar in verbinding staan. Dat elk neuron gelinkt was en het een
continuüm was. De cellen zouden in contact met elkaar staan via cytoplasma.
Ramon y Cagal en Sherrington: Santiago Cajal heeft de Golgi kleuring gebruikt om
aan te tonen dat het brein uit verschillende losse cellen bestaat. Dit weerlegde de
reticulaire theorie voor neuron doctrine. Neuron doctrine theorie: Cajal kwam met
het idee dat neuronen discrete cellen zijn en niet een continuüm en informatie gaat
altijd 1 richting op (dendriet -> soma -> axon). Sherrington benoemde dat deze
discrete cellen communiceren met elkaar via gespecialiseerde contacten genaamd
synapsen.
In de 1950’s is de Electro microscopie (EM) gebruikt om de neuron doctrine theorie te
bevestigen. Deze beelden toonden onafhankelijke cellen. Toch waren er cellen die wel in
continuum met elkaar stonden => deze cellen staan in connectie met elkaar via gapjunctions.
Histologie studies bevestigde dat er 2 soorten zenuwstelsel cellen zijn:
- Neuronen: elektrische signaal overdracht over grote afstanden. Neuronen geven
signaal door zonder verlies van signaalsterkte.
- Glia cellen: functioneren voor het ondersteunen van neuronen, stamcellen voor repair
neuronen, structurele steun, immuun respons en myeline schede rondom axonen.
Neurons
Neuronen worden gekarakteriseerd door:
- Specialisatie voor elektrische signaal overdracht over grote afstanden en intercellulaire
communicatie via synapsen
- Overmatige branching
o Dendrieten: target voor synaptische input, informatie komt via dendrieten cel
soma in. Hebben meer vertakking dan axonen
o Axonen: target voor synaptische output, geven informatie over naar andere
cellen.
Neuronen transporteren elektrische signalen over lange afstanden door middel van elektrische
actiepotentialen zonder verlies van signaal sterkte. Dit is erg belangrijk voor computatie
(processing)
- Zijn opgebouwd uit:
o Dendriet: hier komt het signaal binnen (input post synaptisch)
o Soma: cel lichaam met de nucleus
o Axon hillock: hier begint het actiepotentiaal van het over te drage signaal
o Axon: vervoert het actiepotentiaal (output pre synaptisch)
o Synaps: spleet waarin neurotransmitters worden overgegeven aan de post
synaptische cel
Genetics and genomics
- Een gen bevat zowel coderend DNA (exonen) en regulator
DNA (promotoren en intronen)
- Genetische analyse is essentieel voor het begrijpen van de
structuur, functie en ontwikkeling van organen en orgaan
systemen
- 70% van het menselijk genoom is actief in neuronale cellen =
14000 genen zijn actief in neuronen. Van deze 14000 zijn
6000 genen neuron specifiek. 8000 genen die zowel in het
brein als in andere cellen voorkomen.
- Splice varianten voegen meer complexiteit toe aan de genexpressie in neuronen.
- Mutaties in neuron-specifieke genen kunnen leiden tot ziektes.
o Een mutatie in het mitose gen (ASMP) kan leiden tot microcephaly: een
conditie waar het hoofd en de hersenen slecht groeien. Mutatie in het ASMP
(Abnormal Spindle-like microcephaly-associated protein) gen resulteert in
een fout in de ontwikkeling van de hersenen. Dit gen eiwit is normaal
betrokken bij microtubuli, een mutatie zorgt ervoor dat de gradiënten die nodig
zijn voor de ontwikkeling niet goed aangelegd kunnen worden. Dit voorkomt
cellen om goed te migreren waardoor het brein minder goed kan ontwikkelen.
o Degendratieve ziektes zoals Parkinson, Huntington, Alzheimer ontstaan ook
door neuron-specifieke genen.
o Metale retardatie: depressie, epilspie, autisme, adhd, ADD, schizofrenie
- Alleen het genotype van de hersenen gaat de complexiteit niet uitleggen. Om het brein
te begrijpen moet er gekeken worden naar de celbiologie, anatomie, neurnale systemen
en deze als een geheel bestuderen.
Model organsimen in de neurobiologie
- Genetische modellen:
o De mens: is niet altijd ethisch maar wel het beste omdat sommige neuronale
aandoeningen alleen in de mens voorkomen. Kan goed onderzocht worden met
brain imaging
o De muis (knaagdieren): dit is een zoogdier met een brein die heel erg lijkt op
dat van de mens
o C. Elegans: heeft een beperkt aantal cellen die allemaal bekend zijn en een
kleine generatietijd
o D. melangaster: brein lijkt niet op de mens maar een enkel neuron wel, heeft
een kleinere generatietijd
- Niet genetische modellen:
o De kat: wordt veel gebruikt voor het visuele systeem
o Vogels: wordt veel gebruikt voor zang/spraak
o De kip: wordt veel gebruikt voor de ontwikkeling
o De inktvis: heeft een heel groot neuron dat goed gebruikt kan worden in
membraan potentiaal
o De goudvis: voor retina omdat ze dezelfde kleuren zien als de mens
o De bij: voor sociaal gedrag
, Cellular components of the nervous system
Begin 19e eeuw waren neuronen geïdentificeerd maar de axon en dendriet structuur waten nog
niet duidelijk.
Cammillo Gogli: de ontdekker van Golgi apperaat maar ook van Golgi kleuring.
Golgi kleuring is een zilveren kleuring die in het brein een subset van neuronen
aankleurt. Reticulaire theorie: theorie dat het brein + de neuronen 1 groot netwerk is,
dat alle cellen met elkaar in verbinding staan. Dat elk neuron gelinkt was en het een
continuüm was. De cellen zouden in contact met elkaar staan via cytoplasma.
Ramon y Cagal en Sherrington: Santiago Cajal heeft de Golgi kleuring gebruikt om
aan te tonen dat het brein uit verschillende losse cellen bestaat. Dit weerlegde de
reticulaire theorie voor neuron doctrine. Neuron doctrine theorie: Cajal kwam met
het idee dat neuronen discrete cellen zijn en niet een continuüm en informatie gaat
altijd 1 richting op (dendriet -> soma -> axon). Sherrington benoemde dat deze
discrete cellen communiceren met elkaar via gespecialiseerde contacten genaamd
synapsen.
In de 1950’s is de Electro microscopie (EM) gebruikt om de neuron doctrine theorie te
bevestigen. Deze beelden toonden onafhankelijke cellen. Toch waren er cellen die wel in
continuum met elkaar stonden => deze cellen staan in connectie met elkaar via gapjunctions.
Histologie studies bevestigde dat er 2 soorten zenuwstelsel cellen zijn:
- Neuronen: elektrische signaal overdracht over grote afstanden. Neuronen geven
signaal door zonder verlies van signaalsterkte.
- Glia cellen: functioneren voor het ondersteunen van neuronen, stamcellen voor repair
neuronen, structurele steun, immuun respons en myeline schede rondom axonen.
Neurons
Neuronen worden gekarakteriseerd door:
- Specialisatie voor elektrische signaal overdracht over grote afstanden en intercellulaire
communicatie via synapsen
- Overmatige branching
o Dendrieten: target voor synaptische input, informatie komt via dendrieten cel
soma in. Hebben meer vertakking dan axonen
o Axonen: target voor synaptische output, geven informatie over naar andere
cellen.
Neuronen transporteren elektrische signalen over lange afstanden door middel van elektrische
actiepotentialen zonder verlies van signaal sterkte. Dit is erg belangrijk voor computatie
(processing)
- Zijn opgebouwd uit:
o Dendriet: hier komt het signaal binnen (input post synaptisch)
o Soma: cel lichaam met de nucleus
o Axon hillock: hier begint het actiepotentiaal van het over te drage signaal
o Axon: vervoert het actiepotentiaal (output pre synaptisch)
o Synaps: spleet waarin neurotransmitters worden overgegeven aan de post
synaptische cel
