Het geheim van de aangroeiende ledematen

Het is een gemeen spelletje (waar ik me zelf nooit aan heb gewaagd…): als je bij een salamander een poot of de staart afsnijdt loopt het diertje vrolijk verder en groeit na verloop van tijd weer een nieuwe poot/staart aan… Ook regenwormen en zebravisjes hebben de mogelijkheid om lichaamsdelen te regeneren. Zoogdieren kunnen dit (helaas) niet – bij mensen kan alleen de lever zichzelf herstellen (hoewel er ook aanwijzingen zijn dat bij kleine kinderen geamputeerde vingertopjes weer kunnen aangroeien – dit terzijde). Hoe dit wonderlijke  mechanisme in salamaders werkt houdt biologen al decennia lang bezig.

Wanneer een salamander een staart of poot kwijtraakt, krijgen de spiercellen vlakbij de beschadiging hier signalen van. De ontwikkelde spiercellen doen dan als het ware een stapje terug en vormen primitievere, ongedifferentieerde spiercellen. Ze kunnen dan opnieuw gaan delen en vormen een “groeischijf” waaruit nieuw spierweefsel kan ontstaan. Bij salamanders is het gen Rb betrokken bij dit proces. Normaal, in een ontwikkelde spiercel, is het gen Rb actief; wanneer het wordt uitgeschakeld gaat de cel een stap terug in de celdelingscylcus en kan de aangroei van de verloren staart of poot beginnen. Bij menselijke spiercellen in kweek werkt dit principe niet – er moet dus nog een andere factor zijn in amfibieën die dit proces aanstuurt. Wat hebben salamanders dat wij niet hebben?

Wetenschappers uit Californië hebben nu het moleculaire mechanisme van dit principe verder blootgelegd (artikel in Cell Stem Cell). De onderzoekers kwamen erachter dat het niet gaat om iets dat salamanders wel hebben en zoogdieren niet, maar andersom. Ze vonden dat een gen, dat bij zoogdieren betrokken is bij celdeling, Arf genaamd, wél voorkomt bij zoogdieren maar niet bij amfibieën. Wanneer zowel Arf als het eerder genoemde Rb werden uitgeschakeld in muizen-spiercellen, gingen deze ook een stapje terug, net als bij salamanders. Wanneer de genen weer actief werden gemaakt, ontwikkelden de cellen zich weer tot gespecialiseerde spiercellen. Ook lieten de onderzoekers zien dat wanneer de “primitieve” cellen met uitgeschakeld Rb en Arf werden geimplanteerd in levende muizen, deze makkelijk konden integreren in volgroeide muizenspieren.

Dit is een belangrijke ontdekking voor de kennis over weefsel-regeneratie, maar er moet niet te vroeg worden gejuicht, iets dat ook de onderzoekers beamen. Beide genen, Arf en Rb, hebben ook een functie bij celdeling en zijn hiernaast ook “tumorsuppressorgenen”. Dat betekent dat ze in hun normale functie beschermen tegen  de ontwikkeling van kanker. Als je ze uitschakelt kunnen cellen zich ongehinderd gaan delen met alle gevolgen van dien… Zoogdieren lijken dus gedurende de evolutie het principe van weefsel-regeneratie te hebben verloren ten koste van een betere tumor-suppressie. De ontrafeling van dit mechanisme is een belangrijke stap in de kennis over weefsel-regeneratie, maar aangroei van een geamputeerd been door het uitschakelen van bepaalde genen zit er voorlopig niet in.

Dit artikel is oorspronkelijk verschenen op wetenschapsblog Sciencepalooza

The party brain

Unfortunately never published, but written as a report of a lecture-that-never-happened at the JUMP-the-FENS-party, Monday 5^th of July, 2AM (or actually Tuesday 6^th), Melkweg, Amsterdam

Peter Hagoort, Donders Institute for Brain, Cognition and Behavior

After dancing, watching movies and more dancing on the tunes of bancs like The Coronas, C-mon & Kypski, and the Wicked Jazz Club Band; at 2AM on this early Tuesday morning in July, the Melkweg was still packed with neuroscientists. Finally it was time for the “surprise act”… which was… a lecture? Seriously? What could Peter Hagoort, professor in Neurolinguistics, entertain us with at this hour considering the alcohol-consumption and subsequent diminished brainfunction of the audience?

Unfortunately due to technical problems the lecture was cancelled, but Peter Hagoort was so nice to send me his lecture anyway: THE PARTY BRAIN! Ok, that’s a good title for a lecture for this occasion… Do we really have a party brain? It was actually a special name that Hagoort had chosen for the occasion for the “social brain” as it is called in literature. Being a molecular biologist, I needed some background reading to understand the lecture, but here’s a summary:

During evolution, brain size has increased dramatically in size, especially the cortical regions. This has made us able to develop skills and behavior that are needed for the complex social situations that we find ourselves in every day, and for the development of brain function that is needed for language development and processing. Many knowledge about brain area’s that are important for language comprehension and behavior in complex social situations comes from imaging techniques as Electro-Encephalograpy (EEG), and more recently,  functional Magnetic Resoncance imaging (fMRI).

Hagoort has been using both techniques to study the activity of groups of neurons in reaction to processing of language - the first topic of his presentation. In one study, he used short sentences with correct and non-correct statement to see if our brain reacts differently to false or true statements. For example, it is very well known among Dutch people, that our trains are yellow and very crowded, so the brain reacts calmly on hearing this sentence. However, when the sentence is changed into “Dutch trains are white and very crowded”, he showed that the brain reacts much stronger on this sentence, especially during the word “white”. This condition is called “world knowledge violation”, because participants KNOW it is wrong. Another condition, called “semantic violation” applies to a sentence as “Dutch trains are sour and very crowded” – “sour” is a feature that is normally related to taste and food, and not to trains. Also this sentence causes a larger brain response. By fMRI-studies, Hagoort could localizae the area where these “violations” are processed, which happens in the same brain region for both conditions (the left interior prefrontal cortex, close to Broca’s area 45 and 47) (see Hagoort et al, Science 2004).

In addition, he showed other experiments of his group, where semantically correct sentences are spoken by different speakers. Social knowledge would cause the study participants to react differently on the sentence “I think I am pregnant” spoken by a female voice than spoken by a male voice. This also accounts for “I have a large tattoo on my back” spoken in an upper- or lower-class accent. It was known that processing of information with inconsistencies happens in the Left Inferior Frontal Gyrus (LIFG), and it was exactly this region that was extra activated during processing of the sentences with “world-knowledge violations” (see Tesink et al, JCN 2009).

Following, he showed data on studies about speaker meaning and intention, mirror neurons, and how our behavior is influenced by social situations. Did you know that you would evaluate the attractiveness of a face of a woman differently after you know what the “average person” thinks about it? Hagoort demonstrated that by an experiment where males had to judge the attractiveness of 222 female faces, followed by a confrontation of what is actually the social norm. 30 minutes later, the judgment shifted towards what was thought to be the “social norm”. This is caused by a brain region that is under dopamine control (Ridderinkhof et al, Science 2004).

Last, but not least, Hagoort switched to a very current topic at that moment: SOCCER! The next day, the Dutch team was about to play the half-finals against Uruguay. Mentioning soccer would surely have activated the brains of the audience that were almost sent to sleep… He touched upon a study published in 2009, where Dutch soccer-fans were asked to watch penalty’s taken during a hypothetical match between the Dutch and German national teams. The fragments were recorded with a computer game, involving players that were really playing during the 2006 World Soccer Championships. Following, the brain activity of the soccer fans was recorded by fMRI in 4 different situations: goal or miss by the Dutch team (friend), and goal or miss by the German team (foe). This study showed that a region in the Medial Frontal Cortex (MFC), the ventral Anterior Cingulate Cortex (vACC), responded highly when a missed goal was observed, regardless of whether it was made by the friend or the foe. So this brain area is insensitive to social context: an error is an error! Another brain area, however (the middle Anterior Cingulate Cortex - mACC), does respond more strongly to an error (miss) by a friend than a foe. However, these responses are not the same in any person, but related to the ability of the individual to empathize with others, and their own level of personal distress. So I guess Hagoort wanted us to observe our colleagues the next day during the match, and do a little psychology on them (Newman-Norlund et al, SCAN 2009)

So in conclusion, Hagoort aimed to show that our brain is equipped for complex social situations like a party, and that during the night you probably have experienced all the brain activity he described. Most likely, you have been confronted with sentences with either world or semantic violations (misunderstanding because of the loud music, friends making fun of you). Possibly, you were trying to confirm to the social norm by dressing and behaving normally although you might have wanted to do different. And, most likely, especially if your national team was still playing in World Cup, you would have been discussing soccer and thinking about how the important upcoming matches!

Again, it was a pity that the lecture could not take place, but as the organizers of the Jump-the-FENS wanted to demonstrate, even neuroscience is suitable for a party. Hagoort’s last message was that some brains are better equipped for complex social situations than other, so possibly the brains that were not would not have made it to the lecture… For those that were there: I hope you all slept well, enjoyed the party and still got something out of the conference the next day.

Transferrable skills

About being a writer, project coordinator and scientist

During a career as a scientist, you develop a lot of so-called 'transferable skills': not only do you learn how to do labwork, write and read papers, but also (sometimes without noticing) you learn how to lead projects, manage people, organize, teach, explain our research, and be creative and flexible. These transferable skills, and their importance, are becoming more prominent to me now I’m getting  involved in different things next to doing research.

First, I became a writer by for a popular science blog (sciencepalooza). I have always found writing in simple terms rather difficult, but after having written only a small number of blogs, I started to adapt to it. Now it takes me less and less time to get an idea, work it out and post it. Even during a busy conference, I found some time to write about interesting lectures...

Second, in participating in the Academische Jaarprijs with a team from our department, I have the task to be the coordinator of the project. I ended up being the contact person for the team-members participating and all secondary parties involved, and being responsible for keeping overview of the many different sub-projects we are doing. Because I wanted to be part of everything and keep an eye on all activities, the hours I was putting in were increasing and I was getting more and more stressed. So it was quickly learned that delegating jobs and trusting your team-members is actually the most important job of a project-coordinator.

Last but not least, I’m still a postdoc, so I have to keep my projects in the lab running (and actually working), to teach, to write grants, to visit conferences and to supervise students. To be able to do that there are two more very important skills I’m achieving more and more: multi-tasking and being efficient.

I think the experience I got as a scientist in the past 6 years, eg. to be flexible, to work together with different types of people (sometimes difficult ones) and to report about my work frequently made me able to adapt to these other functions quickly. So remember: if you doubt your skills at any point during your career, you probably have developed these skills already and it’s just a matter of refreshment!

- This blog was first posted on PCDI's community blog - 

De hersenen en drugs – nieuws vanaf het FENS-forum (3)

Door steeds geavanceerdere technieken waarbij hersenactiviteit precies gemeten kan worden, wordt steeds meer duidelijk over wat de rol is van de hersenen bij complexe problemen zoals verslaving. Niet verwonderlijk dus dat op de meeting van de Federation of European Neuroscientists (FENS) verschillende sessies aan dit onderwerp gewijd worden. Zoals op dinsdag 6 juli, onder de titel “De neurobiologische factoren van drugsverslaving en terugval” waar onder anderen Dr. Yavin Shaham van het National Institute on Drug Abuse in Baltimore (VS) en Dr. Sabine Spijker van de Neuroscience Campus van de VU in Amsterdam hun resultaten presenteerden.

In hun onderzoek proberen Dr. Shaham en Dr. Spijker uit te vinden waarom het zo moeilijk is helemaal van een drugs- of alcoholverslaving af te komen, en hoe het komt dat mensen zelfs na jarenlange onthouding van drugs nog steeds kunnen terugvallen op hun oude gedrag.

Dr. Shaham deed onderzoek met aan cocaïne verslaafde ratten die zichzelf drugs konden toedienen als ze op een hendeltje duwden. Tegelijk kregen ze hierbij een lampje te zien, dit lampje werd dus positief geassocieerd met de drugs. Na een aantal maanden/weken moesten de ratten ‘cold-turkey’ afkicken, kortom, er gebeurde helemaal niets als ze op het hendeltje drukten, geen lampje en geen cocaïne. Na verschillende onthoudingsperiodes verscheen opeens wel weer het lampje als ze op het hendeltje drukten, maar geen drugs. Vreemd genoeg bleek dat hoe langer de onthoudingsperiode was, hoe vaker de ratten op het hendeltje drukten (artikel in Nature).

Dr. Shaham vergelijkt dit met ex-drugsverslaafden die na afkicken in de kliniek geheel ‘clean’ het gewone leven weer ingaan, maar vervolgens door de continue prikkels waar ze aan blootgesteld worden een grote kans hebben op terugval. Het was echter nog niet bekend dat de kans op terugval groter wordt na een langere onthoudingsperiode. Maar uit recent onderzoek van Dr. Shaham in samenwerking met een onderzoeksgroep in Chicago onder rokers blijkt dat ook bij mensen deze zogenaamde ‘incubatie van drugshunkering’ plaatsvindt.
De onderzoeksgroep van Dr. Spijker, in samen werking met Dr. Taco de Vries, ontdekte welk hersengebied betrokken is bij deze hunkering naar verslavende stoffen. Hiervoor gebruikten ze een techniek waarbij precies te zien is welke zenuwcellen actief worden bij blootstelling aan drugs en drugs-gerelateerde stimuli. Dit gebied is de ‘prefrontale cortex’, een gebied voorin de hersenen (artikel in Nature Neuroscience). Volgens Dr. Spijker is dit gebied enorm belangrijk voor zelf-controle bij hunkering, of, zoals zij zegt, zonder prefrontale cortex zouden we continu aan sex en goed eten denken. Uit hun onderzoek blijkt dat deze zeflcontrole wordt veroorzaakt door bepaalde eiwitten in dit hersengebied die de zenuwcellen (neuronen) omgeven en ze lijken te beschermen tegen drugs-gerelateerde stimuli. Na een langdurige verslavingsperiode is deze bescherming opgeheven, of in ieder geval sterk verminderd, waardoor de zenuwcellen sneller geactiveerd worden. Dit kan verklaren waarom je dus inderdaad nooit meer van een verslaving afkomt.

Het is opvallend dat deze processen niet afhankelijk zijn van het type drug. In proefdierstudies worden vergelijkbare resultaten verkregen met dieren die verslaafd waren geraakt aan cocaine, heroine, alcohol en zelfs suiker! Aan de hand van de resultaten van dit onderzoek zouden dus betere/ andere behandelingsmethoden voor (ex)-drugsverslaafden kunnen voortkomen, en kan misschien meer inzicht verkregen worden in allerlei verslavingen en stoornissen, waaronder ook eetstoornissen en obesitas.

Dit artikel is oorspronkelijk verschenen op wetenschapsblog Sciencepalooza

Nieuws vanaf het FENS-forum(2)

De bezoekers van het FENS-forum voor Europese Neurowetenschappen dat momenteel wordt gehouden in Amsterdam worden overladen met alles wat met hersenen te maken heeft. Maar wat doet een 1-cellig organisme als gist op dit hersen-congres…? Prof. Seth Grant van het Wellcome Trust Sanger Institute in Cambridge (UK) beweert dat er overeenkomsten zijn tussen ons brein en gistcellen. Daar moest ik maar eens naar gaan luisteren dan!

Onze miljarden hersencellen (zenuwen) staan allemaal met elkaar in verbinding om signalen te kunnen doorgeven, die onder andere belangrijk zijn om dingen te kunnen onthouden en te leren. De verbindingen tussen onze zenuwcellen, ‘synapsen’ geheten, zijn misschien wel de meest complexe structuren in ons lichaam. Toch zijn er maar zo’n 1500 eiwitten die zich in deze synapsen bevinden. Het lijkt logisch dat alleen organismen met hersenen deze eiwitten hebben, maar uit onderzoek is gebleken dat dat niet zo lijkt te zijn.

Seth Grant en zijn medewerkers onderzochten welke eiwitten precies in de synaps voorkomen. Vervolgens bekeken zij of andere organismen zoals muizen, fruitvliegjes en het eencellige organisme gist ook deze eiwitten hadden. Ze vonden dat zelfs 25% van deze eiwitten ook voorkomen in gistcellen die helemaal geen hersenen hebben. Wat moeten eencelligen dan met deze stoffen?

In gist bleken deze eiwitten functies te hebben die betrokken zijn bij het meest simpele ‘gedrag’ wat we kennen; de mogelijkheid van een organisme om zich aan te passen aan de omgeving. Ook gistcellen vertonen gedrag: zij verplaatsen zich van gebieden met weinig voedsel naar plaasten waar wel voedsel is en hebben een soort ‘geheugen’ voor deze plaatsen. De functie van deze eiwitten in zoogdieren is vergelijkbaar: ze zijn betrokken bij zogenaamd adaptief gedrag, dus het aanpassen aan de omgeving, en bij leergedrag.

Gedurende de evolutie zijn de eiwitten zelf niet echt veranderd, maar zijn het er meer geworden. Hoe meer ontwikkeld het organisme, hoe meer van deze ‘synaps-eiwitten’ het heeft en hoe complexer de synaps is. Dit leidde tot de ontwikkeling van complex gedrag zoals we dat in zoogdieren kennen. Professor Grant gebruikte zelf het voorbeeld van de swiss-army-knife, wat zijn verhaal prima illustreert: het eerste exemplaar is de gistcel, de middelste een fruitvlieg en wij mensen kunnen nog veel meer!

Dit artikel is oorspronkelijk verschenen op wetenschapsblog Sciencepalooza

Nieuws vanaf het FENS-forum (1)

Hot science news! Vers vanaf de tweejaarlijkse meeting van de Federation of European NeuroScience (FENS) die momenteel gehouden wordt in Amsterdam. Volg het via twitter: FENS2010.


Een kort berichtje over de eerste dag:

In maart schreef Monika al over lichtgevende tumoren als hulpje voor chirurgen. Kort samengevat is dit een truukje om kankercellen te kleuren met een fluorescent eiwit waardoor ze goed zichtbaar zijn in hun omgeving van gezonde cellen (in PNAS). Deze techniek is onder andere opgezet door Roger Tsien van de Universiteit van San Diego, die in 2008 een van de Nobelprijswinnaars was voor de ontdekking van het fluorescente molecuul  GFP.


Roger Tsien had de eer het congres te openen met de eerste special lecture. Helaas viel ik pas bij de laatste minuten binnen, waarbij ik toch nog net getuige kon zijn van filmpjes van operaties van de eerder genoemde fluoresencente tumoren in muizen. Tsien liet ziet hoe chirurgen door het snel aan-en-uitzetten van gewoon licht en fluorescent licht precies konden identificeren waar een tumor zich bevond. Zo kon het gezwel heel precies verwijderd worden zonder andere weefsels aan te tasten. Door een andere kleur toe te passen voor de zenuwen was nog beter te zien hoe voorzichtig men hiermee moest zijn.
Fluorescente eiwitten in mooie plaatjes en filmpjes doen het altijd goed voor lezingen, maar het is mooi om “live” te zien hoe fundamentale wetenschap hopelijk kan leiden tot betere behandeling voor kankerpatienten. Een mooie opening van een inspirerend congres!

Dit bericht is oorspronkelijk verschenen op wetenschapsblog Sciencepalooza

De biologische onmogelijkheid van internet-daten

De moderne single lijkt het makkelijk te hebben door datingsites met aanbod van ieder gewenst geslacht, uit elke regio in Nederland, gerangschikt op opleidings-niveau, toegespitst op bepaalde hobby's… Waar je ook naar op zoek bent, als je verschillende sites bekijkt zijn er genoeg mensen die aan je checklist voldoen.Maar waar kiezen we onze partner eigenlijk op uit?

Partnerkeuze
Eigenlijk zijn mensen gewoon dieren en selecteren we partners op veel minder rationele basis dan we zelf geloven. We gaan onbewust af op onzichtbare kenmerken die zeker niet op dating-sites te vinden zien. Dit geldt vooral voor vrouwen – zij brengen een veel groter offer dan mannen als het gaat om het krijgen (en grootbrengen) van nakomelingen en moeten dus veel selectiever zijn bij de keuze voor de juiste partner. Naast bepaalde uiterlijk kenmerken die wetenschappelijk uitgebreid onderzocht zijn, spelen er nog andere onzichtbare (genetische) factoren een rol (zie voor een overzicht van de biologie van sex het thema van Kennislink, ook hier en hier).

Feromonen
Belangrijk is dat de andere persoon de juiste feromonen heeft – een soort onruikbare geur die de “klik” tussen twee mensen kan veroorzaken. De oorsprong hiervan is onderzocht in een beroemd geworden “sweaty-t-shirt study” waarbij vrouwen moesten ruiken aan T-shirts die gedragen waren door verschillende mannen . Het verschil in deze geur tussen personen wordt voornamelijk veroorzaakt door verschillen in genen die coderen voor onderdelen van het MHC-complex, eiwitten die betrokken zijn bij het immuunsysteem. Vrouwen bleken meer aangetrokken te zijn tot personen met andere MHC-genen. De biologische achtergrond hiervan is dat wanneer twee mensen met een genetisch verschillend immuunsysteem nakomelingen krijgen, deze een betere afweer hebben tegen virussen en andere ziekteverwekkers en daardoor een hogere overlevingskans hebben.

Cyclus
Daarnaast zijn keuzes voor de juiste partner ook nog afhankelijk van het moment in de cyclus van de vrouw. Het blijkt uit onderzoek dat vrouwen in hun vruchtbare periode de voorkeur geven aan mannen met de “goede genen” die ervoor zorgen dat hun nakomelingen ook succesvol zullen zijn op de partner-markt. Echter, in de niet-vruchtbare periode zijn vrouwen eerder op zoek naar de zorgzame man die voor de nakomelingen kan zorgen (zie hier) Een mooie man om zwanger van te worden en een watje die ervoor zorgt eigenlijk. Maar bij vrouwen die aan de pil zijn is dit weer helemaal anders… Geen enkele datingsite waar je als vrouw je cyclus kunt aangeven…

Gen-dating?
Er zijn een aantal dating-sites die zeggen te matchen op genetische achtergrond, zoals www.scientificmatch.com en www.genepartner.com. Deze websites vragen bij inschrijving een wangslijmvliesmonster, isoleren hier DNA uit en zeggen je daarmee op basis van je MHC-genotype te matchen aan de juiste persoon. Toch vraag ik me af hoe effectief deze sites zijn – er is nog geen wetenschappelijk bewijs dat feromonen zich kunnen verplaatsen via ADSL…

Toch maar achter de computer vandaan en in real-life mensen ontmoeten (en de feromonen waarnemen) lijkt nog steeds de beste oplossing om de juiste persoon tegen het lijf te lopen – lang leve de kroegtijger! Maar voor de muurbloempjes onder ons kan internet-daten je kans op het ontmoeten van veel mensen vergroten, waarbij ook de kans dat je de juiste persoon treft groter wordt. Speed-daten lijkt de beste tussenoplossing – die korte ontmoetingen zouden genoeg moeten zijn voor het waarnemen van feromonen…

Dit bericht verscheen oorspronkelijk op wetenschapsblog Sciencepalooza