Twee co-leiders van het Brainscapes project van NWO Zwaartekracht hebben succesvol bijgedragen aan het in kaart brengen van verschillende cel typen van corticale gebieden van het brein, waaronder de motor cortex. Nature publiceerde een speciale editie over de resultaten van het internationale BRAIN initiative Cell Census Network. De resultaten laten zien hoe genetici, bioinformatici en neurowetenschappers samenwerken om betere behandelingen te ontwikkelen voor hersenziekten.

Twee co-leiders van Brainscapes, Huib Mansvelder (VU) en Boudewijn Lelieveldt (LUMC) werken mee aan een heel groot internationaal project, de BRAIN initiative Cell Census Network (BICCN) genaamd dat een budget van 4 miljard dollar euro heeft. Het doel van dit project is het in kaart brengen van alle hersencellen van verschillende diersoorten, waaronder ook de mens. Het tijdschrift Nature heeft een speciale uitgave gepubliceerd over de motor cortex met 17 artikelen dat geheel gewijd is aan de eerste bevindingen van BICCN. Mansvelder’s bijdrage aan een BICCN-artikel was op het neurowetenschappelijke gebied, terwijl Lelieveldt juist heeft bijgedragen met zijn informatica vakkundigheid aan een ander BICCN-artikel. Deze prestaties zijn een voorbeeld hoe de beoogde samenwerkingen tussen verscheidene Nederlandse en internationale instituten vorm zullen gaan krijgen. Het doel is om de onderzoekvelden van informatica en neurowetenschappen samen te brengen om uiteindelijk betere behandelingen voor hersenaandoeningen te ontwikkelen.

Brainscapes

Het doel van Brainscapesis het gedetailleerd in kaart brengen van biologische mechanismen die ten grondslag liggen aan hersenziekten (‘brainscaping’). Recente genetische studies hebben meer inzicht gegeven in de genen die betrokken zijn bij deze aandoeningen. De volgende stap is om deze nieuwe kennis te gebruiken voor het vergaren van inzichten over mechanismen van het ontstaan en het verloop van hersenziekten. Dit is een zeer complexe taak omdat de verschillende betrokken onderzoeksvelden hun eigen taal spreken. Dat bemoeilijkt de uitwisseling van kennis en dat en daarmee de vooruitgang.

Brainscapes streeft ernaar om de genetica, bioinformatica en neurowetenschappen in nauw contact met elkaar te brengen zodat onderzoekers gezamenlijk nieuwe analytische en functionele methoden kunnen ontwikkelen. Daarmee kunnen ze de gevolgen van risico-genen bestuderen op de functie van specifieke celtypen, hun connecties en functionele werking. Dit allemaal met het doel nieuwe aanknopingspunten te ontdekken voor betere therapieën en behandeling van hersenziekten.

Neurowetenschappelijke bijdrage

VU-wetenschapper Huib Mansvelder en zijn team hebben, samen met neurochirurgen van het VUmc, meegewerkt aan een studie van levende neuronen uit hersenweefsel, gedoneerd door patiënten van neurochirurgische operaties om epilepsie of hersentumoren te behandelen. Om hersencellen te typeren werd van iedere cel afzonderlijk de moleculaire signatuur van gen-expressie bepaald. De menselijke hersenen bevatten ongeveer 86 miljard zenuwcellen en het is een enorme uitdaging om van iedere cel afzonderlijk de expressie van tienduizend genen of meer te bepalen. De studie waar Mansvelder en team aan bijdroegen gaat een stap verder, namelijk door van de in kaart gebrachte celtypen de gevolgen van genexpressie voor celvorm en functie te bestuderen. Mansvelder: “We ontdekten dat deze evolutionair doorontwikkelde delen van de menselijke hersenen celtypen bevat die niet bij muizen te zien zijn. De in mens toegenomen moleculaire diversiteit is terug te zien in diversiteit in vorm en functie van de cellen. De meer ‘mens-specifieke’ hersenceltypen verdwijnen als een van de eersten bij de ziekte van Alzheimer”.

Informatica bijdrage

Waar Mansvelder een pionier is in de ontwikkeling en toepassen van revolutionerende functionele methoden, is Lelieveld een pioneer in het uitvinden van informatica algoritmen. In samenwerking met een derde Brainscapes lid van TU Delft, Thomas Höllt, heeft Lelieveldt een belangrijke bijdrage geleverd op het gebied van datavisualisatie van een studie waarbij de relatie wordt gelegd tussen genexpressie, regulatie en de DNA 3D-structuur van 300.000 individuele hersencellen om zo een soort cellulair periodiek systeem te creëren. “Onze grootste uitdaging was het weergeven van zeer complexe data op een manier dat eventuele verborgen informatie daarin gemakkelijker kan worden geïnterpreteerd ‘alsof het een prentenboek is'”, legt Thomas Höllt van de TU Delft uit.

De samenwerkingen binnen Brainscapes

“Je kunt deze hele special issue een beetje vergelijken met een missie naar Mars, waarbij wij gevraagd zijn om een paar onderdelen voor de raket te ontwikkelen. In het grote geheel is onze bijdrage maar klein – maar het was toch een enorme eer – en nu mochten we het toestel zien landen”, aldus Lelieveldt. De invloed van dit speciale Nature BICCN nummer zal enorm zijn in de neurowetenschappen, inclusief het onderzoek dat uitgevoerd wordt binnen Brainscapes. De BICCN-gerelateerde Nederlandse samenwerkingen zijn maar de top van de Brainscapes ijsberg. Naast het LUMC, TU Delft en de VU, zijn ook UMCU Utrecht, Amsterdam UMC, en het Hubrecht instituut actief aan het samenwerken om een brug te slaan tussen de genetica en neurowetenschappen. Gezien het feit dat de start van het 10-jarige Brainscapesproject minder dan 2 jaar geleden was, worden er zeker nog veel andere uitzonderlijke samenwerkingen met fenomenale resultaten verwacht.

Meer informatie

Lees meer Foto:

Reageer