Onderzoekers van Stanford Medicine hebben vastgesteld dat het voorste en achterste deel van het menselijk brein een verschillende oorsprong hebben. Daarmee komt het beeld van het brein als één orgaan met één gemeenschappelijke ontwikkelingsbron ter discussie te staan.
Het voorbrein en middenbrein zijn betrokken bij onder meer taal, bewustzijn en abstract denken. Het achterbrein, dat zich aan de achterkant van de schedel bevindt en vaak tot de hersenstam wordt gerekend, regelt vitale automatische functies zoals ademhaling, hartslag, slaap en honger. Ook stuurt het spieren aan die nodig zijn voor gezichtsuitdrukkingen, slikken en spreken.
Twee ontwikkelingsroutes
De onderzoekers bestudeerden muizenembryo's tijdens de gastrulatie, een vroeg stadium waarin het lichaam zijn eerste vorm krijgt. Ze vonden twee verschillende voorlopercellen. Cellen met het gen Otx2 ontwikkelen zich tot het voor- en middenbrein, terwijl cellen met Gbx2 het achterbrein vormen. De twee celpopulaties overlappen volgens de onderzoekers vanaf het vroegste ontwikkelingsstadium niet.
Ook de manier waarop het DNA in de cellen is verpakt, verschilt sterk. Daardoor worden de cellen als het ware vanaf het begin op een eigen ontwikkelingsroute vastgelegd. Volgens Rayyan Jokhai, mede-eerste auteur en promovendus, verklaart dat waarom eerdere pogingen om achterbreinneuronen te maken vaak mislukten. Onderzoekers probeerden daarbij waarschijnlijk cellen met de eigenschappen van het voorbrein om te vormen tot een ander celtype.
Met de nieuwe kennis slaagden de wetenschappers er wel in menselijke pluripotente stamcellen om te zetten in functionerende motorische zenuwcellen van het achterbrein. De gekweekte cellen vertoonden elektrische activiteit en maakten eiwitten aan die kenmerkend zijn voor hersengebieden die slikken en gezichtsspieren aansturen.
Dezelfde tweedeling zagen de onderzoekers terug bij kippen, zebravissen en eikelwormen. Dat wijst erop dat de tweeledige oorsprong al honderden miljoenen jaren oud kan zijn. Kyle Loh, hoogleraar ontwikkelingsbiologie en leider van het onderzoek, zegt dat de evolutie waarschijnlijk twee bestaande zenuwstelsels ruimtelijk bij elkaar heeft gebracht.
De resultaten kunnen helpen bij onderzoek naar SMA en ALS. Bij beide aandoeningen vallen bepaalde zenuwcellen in het achterbrein uit, waardoor slikken en uiteindelijk ademen moeilijk kunnen worden. Omdat zulke cellen nu in het laboratorium kunnen worden gekweekt, kunnen onderzoekers beter bestuderen hoe de ziekten ontstaan en mogelijke behandelingen testen. De bevinding kan ook relevant zijn voor onderzoek naar hersencircuits die honger reguleren.
