Brein vernieuwt zich razendsnel

Menselijk Lichaam

Na drie weken zijn de eiwitten in het menselijke brein geheel vernieuwd. Dat gaat sneller dan in spieren.

Amerikaanse hersenchirurgen volgen een hersenoperatie. Maastrichtse fysiologen hebben de vernieuwing van hersenweefsel gemeten bij epilepsie-patiënten die een operatie ondergingen. Foto Beatrice de Gea

De snelheid waarmee menselijke hersenen nieuwe eiwitten aanmaken is fenomenaal hoog. Per dag wordt gemiddeld 3 tot 4 procent van de eiwitten in het brein vervangen. Dat blijkt uit onderzoek van Maastricht UMC+ waarbij voor het eerst in levend hersenweefsel werd gemeten. De resultaten verschenen deze week in het tijdschrift Brain.

„Ik was erg verrast door de uitkomst”, zegt hoofdonderzoeker Luc van Loon aan de statafel in zijn werkkamer. „Eerder onderzochten we de eiwitaanmaak in spierweefsel en toen waren we al onder de indruk van de snelheid waarmee spieren vernieuwen: in zeven tot veertien weken tijd zijn ze volledig vervangen. De aanmaaksnelheid van eiwitten in de hersenen ligt wel drie tot vier keer hoger dan in de spieren.”

Van Loon en zijn promovendus Joey Smeets bedachten dat zij door ‘mee te liften’ met allerlei chirurgische ingrepen vers menselijk weefsel in handen konden krijgen voor eiwitonderzoek. Zo ontvingen zij complete knieën van patiënten die een kunstknie kregen; lever, nier, long en alvleesklierweefsel.

Het kroonstuk was hersenweefsel, dat normaal gesproken natuurlijk nooit bij iemand voor onderzoek wordt weggesneden. Van Loon: „Ik vernam dat neurologen soms een stukje van de hersenen wegnemen bij patiënten met epilepsie. Een zware ingreep, maar wel begrijpelijk wanneer de ernst van de epilepsie dusdanig is dat het dagelijks functioneren onmogelijk maakt.”

Zes epilepsiepatiënten waren bereid om mee te doen. Ze kregen een paar uur voor de operatie een infuus met gelabelde aminozuren (fenylalanine en tyrosine). Deze aminozuren blijven herkenbaar omdat het molecuul ervan iets zwaardere niet-radioactieve isotopen bevat. Zo is achteraf precies te meten hoeveel eiwit in die paar uur tijd nieuw gevormd is.

De verschillen tussen de diverse weefsels in het lichaam zijn groot. Hersenen zijn nog niet eens het orgaan met de hoogste aanmaak van eiwitten. De darm en de lever gaan er nog ruim overheen, en ook de nier zit erboven.

Zelfs botweefsel heeft nog een flinke vernieuwing van eiwitten, al is die wel iets lager dan spierweefsel. De resultaten van deze deelstudies zijn nog niet gepubliceerd, vertelt Van Loon, „Maar over een jaar hopen we bij het gehele menselijke lichaam getalletjes te kunnen zetten hoe snel er op die plaats eiwitten geproduceerd worden.”

Het onderzoek naar al die verschillende weefsels is voor zijn vakgroep Inspanningsfysiologie „een uitstapje”, benadrukt Van Loon. „Wij zijn van huis uit spierfysiologen. We doen dit nu alleen omdat wij deze meettechniek routinematig toepassen. We willen laten zien wat er met deze methode kan en hopen dat anderen erdoor geïnspireerd raken en dit oppikken binnen hun eigen werkgebied. In de hersenen hebben we nu de snelheid van eiwitaanmaak in kaart gebracht zonder daarbij onderscheid te maken tussen alle individuele eiwitten. Ik denk dat het voor de neurologen echt interessant gaat worden wanneer we de productiesnelheid van individuele herseneiwitten kunnen meten. Dan kun je mogelijk de rol van eiwitten met een bepaalde functie in gezond hersenen of bij ziekteprocessen als alzheimer in kaart brengen.”

Van hersenweefsel was al bekend dat het veel energie gebruikt. De voortdurende elektrische activiteit zou zoveel brandstof vragen, ook in rust. „Als je nu ziet hoe snel er eiwitten in de hersenen aangemaakt worden begrijp ik dat ook wel beter”, zegt Van Loon. „Een dergelijke eiwitproductie kost enorm veel energie.”

Bij spieren geldt, dat hoe meer je ze gebruikt, hoe meer eiwit er wordt aangemaakt. Of dat ook voor hersenen opgaat, is nog de vraag. Van Loon: „Tussen de zes proefpersonen onderling was in ieder geval weinig verschil te zien, en ook was er geen groot verschil te zien tussen diverse hersengebieden. Maar dit onderzoek is te klein om hier conclusies over te trekken. Wat dat betreft had ik ook graag een schaakgrootmeester onder de proefpersonen gehad, misschien had dat een aanwijzing gegeven.”

Dat herseneiwitten in zo’n hoog tempo vervangen worden werpt trouwens ook een existentiële vraag op, zegt Van Loon. „Als al die eiwitten die de bouwstenen van ons brein vormen zo snel vervangen worden, zijn wij dan nog wel dezelfde persoon die we een paar weken geleden waren? Hoe blijft ons geheugen bewaard? Hersenweefsel is veel dynamischer dan we ooit hadden gedacht.”


In de oorspronkelijke versie van dit artikel stond dat spieren in zes tot acht weken tijd volledig zijn vervangen. Dat is verbeterd naar zeven tot veertien weken.

    • Sander Voormolen