Meer dan een isolator: nieuwe rol ontdekt voor myeline als zuurstofreservoir in de hersenen
Sketches, O2 not to scale. (A) Sketch of myelinated axon. (B) Sketch of capillary and myelinated axons. (C) Model of oxygen transport from a capillary to a myelinated axon.
(25-06-2025) De functie van myeline in de hersenen als elektrische isolator is gekend, maar uit recent onderzoek, gepubliceerd in PNAS USA, blijkt dat myeline nog een verrassende tweede functie heeft: het tijdelijk opslaan en vrijgeven van zuurstof.
Zenuwcellen communiceren via elektrische impulsen die worden geleid langs uitlopers en contactpunten van de cel (axonen, synapsen en dendrieten) en zo zorgen voor informatieoverdracht in de hersenen. Om deze geleiding efficiënt te laten verlopen, zijn sommige axonen omgeven door een myeline-huls (myelineschede): een isolerende laag opgebouwd uit opgestapelde celmembranen. Deze structuur voorkomt stroomverlies en verhoogt zo de snelheid van signaaloverdracht.
Zuurstof uit onverwachte hoek
Wat dit nieuwe onderzoek aan het licht brengt, is dat myeline niet enkel als elektrische isolator fungeert, maar ook dienstdoet als tijdelijk zuurstofreservoir. Meer bepaald blijkt dat myeline in staat is de zuurstofaanvoer vanuit het bloed tijdelijk aan te vullen, bijvoorbeeld bij plotselinge, intense zenuwcelactiviteit.
Bij sterke hersenactiviteit stijgt de zuurstofvraag van zenuwcellen plots sterk. De bloedtoevoer, normaal gezien de belangrijkste bron van zuurstof, reageert met enige vertraging: het duurt honderden milliseconden voordat extra zuurstof uit het bloed de actieve hersengebieden bereikt. In die kritieke eerste 100 milliseconden treedt dan ook een merkbare daling op in het zuurstofgehalte, de zogenaamde initial dip.
Onderzoekers van de BioMMedA-onderzoeksgroep uit de vakgroep Elektronica en Informatiesystemen tonen aan dat myeline deze tijdelijke zuurstoftekorten deels kan opvangen. Via gedetailleerde moleculaire simulaties kon men aantonen dat celmembranen, waaruit myeline grotendeels bestaat, functioneren als kleine opslag-eenheden voor de zuurstofmolecules. Vervolgens berekenden de onderzoekers met behulp van een wiskundig model gebaseerd op een RC-laddernetwerk (weerstand-condensator-model) hoe deze opgeslagen zuurstof vanuit de myelineschede de initiële zuurstof-dip kan beperken in omvang. De resultaten suggereren dat myeline extra ondersteuning biedt aan de stofwisseling in neuronen.
Gevolgen voor neurologische aandoeningen
Deze nieuwe inzichten in de rol van myeline hebben mogelijk belangrijke gevolgen voor het begrijpen en behandelen van neurologische aandoeningen. Bij verschillende neurologische ziekten, waarbij myeline beschadigd is, kan niet alleen de elektrische geleiding maar ook de zuurstoftoevoer naar zenuwcellen verstoord zijn. De nieuwe inzichten wijzen erop dat behandelingen gericht op het verbeteren van de zuurstoftoevoer in de hersenen mogelijks tot verbeterde behandeling van deze ziekten kan leiden.
Hoewel hiervoor verder onderzoek nodig is, opent deze ontdekking een nieuw perspectief op de rol van myeline in de hersenen.
Meer info
Wouter Vervust, Sina Safaei, Katja Witschas, Luc Leybaert and An Ghysels, Myelin sheaths can act as compact temporary oxygen storage units as modeled by an electrical RC circuit model, PNAS Vol. 122 | No. 20, May 20, 2025.
Contact
Prof. dr. ir. An Ghysels
IBiTech - BioMMedA group
Ghent University
Corneel Heymanslaan 10
Entrance 97, 2nd floor
9000 Gent
Belgium
https://www.ugent.be/ea/ibitech/en/research/biommeda
Em. Prof. Dr. Luc Leybaert
Physiology group, Dept. Basic and Applied Medical Sciences (BAMS)
Corneel Heymanslaan 10
Entrance 36 - 3rd floor
9000 Gent
Belgium