Slaap zacht door astrocyten

Astrocyten onderhouden niet alleen zenuwcellen in het brein, zoals iedereen dacht.

De ontdekking kan mensen met slaapproblemen helpen.

Astrocyten, de stervormige steuncellen die overvloedig in het brein aanwezig zijn, blijken onmisbaar voor het opbouwen van de slaapdruk in de loop van een dag. Muizen waarbij de functie van de astrocyten verstoord is, slapen lichter, hoeven geen slaap in te halen na een nachtje doorhalen en krijgen ook geen geheugenproblemen na een slapeloze periode. Deze ontdekking van Philip Haydon en zijn vakbroeders, die 29 januari in Neuron werd gepubliceerd, biedt aanknopingspunten voor een nieuwe generatie middelen voor betere slaap of juist tegen slaaptekort.

Het brein bestaat voor meer dan de helft uit steuncellen. De meeste zijn astrocyten. Tot een paar jaar geleden dachten onderzoekers dat steuncellen alleen nodig waren voor ondersteuning, onderhoud en groeibegeleiding van zenuwcellen. Die laatste deden het ‘echte’ werk in het brein. Maar de nieuwe bevinding plaatst de astrocyten ineens in de schijnwerpers.

„Het slaaponderzoek was altijd gericht op zenuwcellen”, vertelt hersenonderzoeker Haydon aan de telefoon vanuit de Tufts University School of Medicine in Boston. „Nu blijken plotseling niet-neuronale cellen cruciaal. Die elektrisch stille cellen reguleren hersenactiviteit en slaapdruk.”

Slaapdruk bouwt zich bij mensen en veel dieren op in de loop van de wakkere periode. Komt de druk boven een bepaald niveau, dan is slaap bijna onvermijdelijk. Wie er niet aan toegeeft, krijgt problemen met allerlei cognitieve functies, zoals het geheugen.

In de jaren negentig deed Haydon een toevallige ontdekking toen een experiment mislukte. „In onze kweekbakjes met astrocyten ontdekten we chemische stoffen waarvan we dachten dat die voorbehouden waren aan zenuwen. We wilden weten wat daar de functie van kon zijn.”

Een van de stoffen die astrocyten afgeven is ATP. Dat wordt in de ruimte tussen de astrocyten en zenuwcellen omgezet in adenosine. In de loop van de wakkere periode neemt de hoeveelheid adenosine toe, net als de slaapdruk. Omliggende zenuwcellen registreren de hoeveelheid adenosine met hun zogeheten A1-receptor.

Haydon en zijn collega’s brachten in de astrocyten van muizen genetische veranderingen aan die de vorming van adenosine verhinderden. De muizen kregen vaste registratie-elektroden op hun kopjes, zodat de onderzoekers doorlopend elektro- encefalogrammen (EEG’s) konden maken om hun hersenactiviteit te meten. „De dieren sliepen nog evenveel als hun normale soortgenoten, maar de kwaliteit van hun slaap was minder goed. Ze sliepen lichter, minder diep dan normaal.”

Wanneer de gemanipuleerde muizen slaap tekort kwamen, kregen ze geen last van een haperend geheugen, zoals normale muizen. Haydon liet zijn muizen kennismaken met twee objecten, hield ze een hele dag wakker en bood vervolgens een bekend en een nieuw object aan. „Normale muizen herinneren zich dan de objecten van de dag ervoor niet meer, en besnuffelen het bekende en het nieuwe object evenveel. Maar de muizen met gemanipuleerde astrocyten onthielden ook met een slaaptekort perfect welke objecten ze de dag ervoor hadden gezien.”

Hetzelfde zag Haydon als hij bij normale muizen de A1-receptor blokkeerde met een chemische stof, zodat zenuwcellen de adenosine – en de slaapdruk – niet meer registreerden. Ook dan bleef hun geheugen goed werken na slaaptekort.

Haydon ziet aanknopingspunten voor de ontwikkeling van nieuwe middelen die de kwaliteit van de slaap verbeteren. „Er zijn verschrikkelijk veel mensen met slaapstoornissen. We onderzoeken nu stoffen die aangrijpen op dit proces, maar het zal nog vele jaren duren voor we dat hebben uitgezocht.”

Hoe houden de resultaten met de astrocyten verband met eerdere ontdekkingen in het slaaponderzoek? Er zijn ook veel onderzoeken naar slaap die een rol weggelegd zien voor allerlei soorten zenuwcellen. „Er zijn hoogstwaarschijnlijk meerdere cellen die samen slaap reguleren”, denkt Haydon. „Die werken allemaal samen. Sommige zorgen dat je wakker wordt, andere dat je gaat slapen. Wat de astrocyten doen, is de kwaliteit van slaap regelen.”

Zijn bevinding biedt ook perspectieven voor nieuwe middelen tegen bepaalde hersenstoornissen, zegt Haydon. „Veel hersenaandoeningen, zoals depressie, gaan gepaard met slaapstoornissen. En slaapgebrek kan bij mensen met epilepsie een aanval uitlokken.

„Er zijn ook veel aandoeningen waarbij de astrocyten structureel veranderd zijn, zoals de ziekte van Alzheimer, de ziekte van Parkinson en epilepsie. Wij willen graag weten of die veranderingen door het zieke brein komen of dat de ziekte door de veranderingen in astrocyten veroorzaakt worden.

„Er zitten op zijn minst evenveel steuncellen in het brein als de elektrisch actieve zenuwcellen, en astrocyten zijn de grootste groep”, zegt Haydon. „De helft van het brein is over het hoofd gezien.”