Menu (Nederlands)

hierboven: © ISTOCK.COM, GRIVINA

gedurende een uur per dag, vijf dagen per week, raakten muizen in Hiroshi Maejima ‘ s fysiologisch lab aan de Hokkaido Universiteit in Sapporo, Japan, de loopband. Het doel van de onderzoeker in het hebben van de dieren volgen de oefening routine is niet om hun spiermassa of uithoudingsvermogen te meten. Hij wil weten hoe lichaamsbeweging hun hersenen beïnvloedt.

onderzoekers hebben lang ingezien dat oefening bepaalde cognitieve vaardigheden verscherpt., Maejima en zijn collega ‘ s hebben inderdaad ontdekt dat regelmatige lichaamsbeweging het vermogen van muizen verbetert om nieuwe objecten te onderscheiden van objecten die ze eerder hebben gezien. In de afgelopen 20 jaar zijn onderzoekers begonnen aan de wortel van deze voordelen te krijgen, met studies die wijzen op verhogingen van het volume van de hippocampus, ontwikkeling van nieuwe neuronen en infiltratie van bloedvaten in de hersenen. Maejima en anderen beginnen zich te verdiepen in de epigenetische mechanismen die de neurologische veranderingen veroorzaken door fysieke activiteit.,in oktober rapporteerde Maejima ‘ s team dat de hersenen van knaagdieren die renden meer dan normaal Histon acetylering hadden in de hippocampus, het hersengebied beschouwd als de zetel van leren en geheugen.1 de epigenetische kenmerken resulteerden in een hogere expressie van Bdnf, het gen voor neurotrofische factor (BDNF) die van de hersenen afgeleid is. Door de groei en rijping van nieuwe zenuwcellen te ondersteunen, wordt BDNF verondersteld om de gezondheid van de hersenen te bevorderen, en hogere niveaus van het correleren met betere cognitieve prestaties in muizen en mensen.

met een schat aan gegevens over de voordelen van working out die naar voren komen uit dier-en humane studies, zijn artsen begonnen met het voorschrijven van lichaamsbeweging aan patiënten met neurodegeneratieve ziekten zoals Parkinson en Alzheimer, evenals aan mensen met andere hersenaandoeningen, van epilepsie tot angst. Veel klinische proeven van inspanningsinterventies voor neurodegeneratieve ziekten, depressie en zelfs veroudering zijn onderweg. Veelbelovende resultaten kunnen het gebruik van lichaamsbeweging als neurotherapie versterken.,”niemand gelooft dat oefening een magische kogel zal zijn”, zegt Kirk Erickson, een cognitief psycholoog aan de Universiteit van Pittsburgh. “Maar dat betekent niet dat we het niet moeten doen.,eind jaren negentig waren Henriette van Praag en andere leden van Rusty Gage ‘ s lab aan het Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Californië gefascineerd door recente bevindingen van de groep die aantoonden dat muizen met kooien Speelgoed en loopwielen meer nieuwe neuronen ontwikkelden in de hippocampus, een hersengebied dat belangrijk is voor leren en geheugen, dan muizen die in minder stimulerende Behuizingen leefden.

zie “Lab Toys”

Van Praag wilde identificeren welk element van verrijkte omgevingen de grootste invloed had op de hersenen., Ze liet sommige muizen leren zwemmen in een waterdoolhof, terwijl anderen in open water zwommen, op een loopwiel liepen of met verschillende andere muizen communiceerden. Na 12 dagen was de ontwikkeling van nieuwe neuronen het grootst in de groep muizen die liep: ze hadden het dubbele van het aantal nieuwe neuronen als muizen in het doolhof of water.2

In een vervolgstudie die enkele maanden later werd gepubliceerd, toonden van Praag en haar collega ‘ s aan dat de neurogenese die ontstond door op het wiel te lopen, gecorreleerd was met het vermogen van de muizen om zich de locatie van een verborgen platform in een watertank te herinneren., De hersenen van de muizen die draaiden hadden ook een grotere reorganisatie van synaptische verbindingen dan die van muizen die niet draaiden, wat suggereert dat oefening de plasticiteit beïnvloedt.3 “de hele lijn van onderzoek naar lichaamsbeweging en neurogenese groeide van daaruit”, zegt van Praag, die na het zien van de resultaten regelmatig begon te joggen.in de afgelopen twee decennia hebben onderzoekers vele moleculaire mechanismen geïdentificeerd die ten grondslag liggen aan de invloed van oefening op cognitie., Oefening, hebben de studies getoond, leidt tot de versie van proteã nen en andere molecules van spier, vet, en leverweefsel die niveaus van BDNF en andere agenten kunnen beà nvloeden die neurogenesis, snelheid nieuw-neuron rijping, hersenenvascularisatie bevorderen, en zelfs het volume van hippocampus in mensen verhogen.

effecten van oefening

fysieke activiteit verhoogt het volume van de hippocampus in de hersenen en verbetert het leren en het geheugen bij muizen en mensen. Studies bij muizen hebben deze effecten gekoppeld aan de groei en rijping van nieuwe neuronen., Onderzoekers beginnen nu de moleculaire mechanismen te ontrafelen die oefening verbinden met deze cognitieve voordelen.

van de hersenen afgeleide neurotrofische FACTOR

oefening beïnvloedt de niveaus van neurotrofinen, eiwitten die de proliferatie van neuronen bevorderen en hun functie ondersteunen. De fysieke activiteit verbetert de demethylation van DNA in het promotorgebied van het gen BDNF, die de uitdrukking van de neurogenesis-verhogende signalerende factor verhogen., Bovendien lijkt histone acetylation chromatin los te maken om BDNF-transcriptie te versterken.

Bloedsignalen

oefening leidt tot de secretie van moleculen door spier-en vetcellen die de niveaus van groeifactoren in de hersenen beïnvloeden, de vorm en functie van de hippocampus beïnvloeden door de groei van nieuwe neuronen te versnellen en het volume van het hersengebied te verhogen.

sperma

in het sperma van mannelijke muizen die bewegen, neemt de overvloed aan bepaalde microRNA ‘ s die geassocieerd worden met leren en geheugen toe., De nakomelingen van de muizen vertonen lichte cognitieve voordelen in vergelijking met nakomelingen van sedentaire muizen.

de vraag werd toen: hoe veranderen deze factoren de expressie van genen in de hersenen? In 2009 publiceerden neurowetenschapper Hans Reul van de Universiteit van Bristol en collega ‘ s een van de eerste studies om in grote lijnen te kijken naar epigenetische veranderingen in reactie op oefening. Het team zet ratten door een stressvolle uitdaging, plaatst ze in nieuwe kooi omgevingen of dwingt ze om te zwemmen in een beker water., Na de stressvolle ervaringen, hadden de dieren die regelmatig op een wiel hadden lopen hogere niveaus van histone acetylation over het genoom in cellen van de dentate gyrus, een deel van de hippocampus waar neurogenesis voorkomt. De actieve dieren reageerden dan minder gestrest dan hun meer sedentaire tegenhangers wanneer ze opnieuw werden blootgesteld aan de stressvolle omgevingen. De ratten die oefenden brachten minder tijd door met het verkennen van de nieuwe kooi of het worstelen in het water, waar ze in plaats daarvan met hun hoofd boven water zweefden., De bevindingen suggereren dat de acetylering veroorzaakt door de combinatie van hardlopen en stress hielp de dieren beter omgaan met de daaropvolgende stress.4

Door Oefening veroorzaakte epigenetische veranderingen “hebben een opmerkelijk vermogen om synaptische en cognitieve plasticiteit te reguleren”, zegt Fernando Gomez-Pinilla, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Californië, Los Angeles, die verschillende soortgelijke studies heeft geleid.

sinds de studie van Reul hebben ten minste twee dozijn anderen acetylering en andere epigenetische veranderingen gemeld die lichaamsbeweging in verband brengen met de hersenen bij knaagdieren. Moses Chao, een moleculaire neurobioloog aan de New York University School Of Medicine, en collega ‘ s vonden onlangs dat muizen die vaak op wielen liepen hogere niveaus van BDNF hadden en van een keton dat een bijproduct van vetmetabolisme is dat uit de lever wordt vrijgegeven. Het injecteren van het keton in de hersenen van muizen die niet in werking waren hielp histone deacetylases te remmen en verhoogde BDNF-uitdrukking in de hippocampus., De ontdekking laat zien hoe moleculen door het bloed kunnen reizen, de bloed-hersenbarrière kunnen passeren en epigenetische markers in de hersenen kunnen activeren of remmen.5

terwijl sommige onderzoekers het epigenetische verband tussen lichaamsbeweging en cognitieve vaardigheden onderzoeken, blijven anderen eerder onbekende verbanden blootleggen. In 2016, bijvoorbeeld, van Praag, nu aan de Florida Atlantic University Brain Institute, en collega ‘ s vonden dat een eiwit genaamd cathepsine B, dat wordt uitgescheiden door spiercellen tijdens fysieke activiteit, nodig was voor lichaamsbeweging om neurogenese bij muizen te stimuleren., In weefselculturen van volwassen hippocampale neurale voorlopercellen, verhoogde cathepsine B de uitdrukking van Bdnf en de niveaus van zijn proteã ne en verbeterde de uitdrukking van een gen genoemd doublecortin (DCX), die een proteã ne codeert nodig voor neurale migratie. Cathepsine B knockout muizen hadden geen verandering in neurogenese na inspanning.

niemand gelooft dat oefening een magische kogel zal zijn. Maar dat betekent niet dat we het niet moeten doen.,

—Kirk Erickson, University of Pittsburgh

Van Praag ‘ s team vond ook dat niet-menselijke primaten en mensen die op loopbanden liepen, verhoogde bloedserumspiegels van cathepsine B hadden na inspanning. Na vier maanden op de loopband te hebben gelopen, drie dagen per week gedurende 45 minuten of meer, maakten de deelnemers nauwkeurigere beelden uit het geheugen dan aan het begin van de studie, voordat ze aan de training begonnen.,6

een handvol onderzoeksgroepen is nu begonnen met het zoeken naar andere moleculen die vrijkomen tijdens het sporten en die de activiteit van Bdnf en andere hersenverhogende genen zouden kunnen versterken, zegt van Praag, en het wordt duidelijk dat wat er in het lichaam gebeurt de hersenen beïnvloedt. “Daar denken we niet zo vaak aan als we zouden moeten.”

Healing action

sinds de jaren 1980 hebben studies bij mensen gewezen op een verband tussen lichaamsbeweging en cognitieve prestaties. Het begrijpen van deze relatie is van bijzonder belang voor patiënten met neurologische aandoeningen., Neurowetenschapper Giselle Petzinger van de Universiteit van Zuid-Californië behandelt al tientallen jaren patiënten met de ziekte van Parkinson en heeft opgemerkt dat degenen die sporten hun evenwicht en gang kunnen verbeteren. Zo ‘ n observatie liet doorschemeren dat de hersenen enige plasticiteit behouden nadat de ziekteverschijnselen zijn ingetreden, zegt ze, met neurale verbindingen die zich vormen om de winst in motorische vaardigheden te ondersteunen.een paar jaar geleden begonnen Petzinger en haar collega ‘ s een muismodel voor de ziekte van Parkinson te bestuderen., Het team ontdekte dat actieve muizen meer dopamine receptoren hadden in de basale ganglia, een groep neuronale structuren die belangrijk zijn voor beweging, leren en emotie.7 niveaus van dopaminereceptoren correleren met hersenplasticiteit, en dopaminereceptorverlies is een van de kenmerkende tekenen van de ziekte van Parkinson. Met behulp van een dopamine antagonist als een radioactieve tracer, het team vond dat patiënten die drie keer per week liep op een loopband acht weken verhoogde het aantal dopamine receptoren in de basale ganglia.,8

het vooruitbetalen

al in de jaren negentig begonnen studies een indirect verband aan te tonen tussen de lichamelijke activiteit van zwangere vrouwen en de hersenen van hun zwangerschapsbaby ‘ s. Een studie uit 1996 toonde bijvoorbeeld aan dat kinderen van moeders die regelmatig tijdens de zwangerschap oefenden, op de leeftijd van vijf jaar beter presteerden op tests van algemene intelligentie en mondelinge taalvaardigheden dan kinderen van wie de moeder niet veel had uitgeoefend (J Kindergeneeskunde, 129:856-63). En onderzoek dat deze associatie ondersteunt blijft zich opstapelen., In 2016, bijvoorbeeld, toonde een studie aan dat jongens geboren uit fysiek actieve moeders hadden hogere scores op wiskunde en taal testen dan jongens van sedentaire moeders (J Matern Fetal Neonatal Med, 29: 1414-20).wetenschappers hebben lang aangenomen dat de door oefening veroorzaakte veranderingen in Nakomelingen epigenetisch van aard zijn, en recent onderzoek begint die hypothese te ondersteunen. Eén groep meldde in 2015 dat drie maanden van lichaamsbeweging de methylatiepatronen van DNA van het sperma van jonge mannen veranderden., De tweaks traden op bij genen geassocieerd met schizofrenie, de ziekte van Parkinson en andere hersenaandoeningen (Epigenomics, doi: 10.2217/epi.15.29).

zie “spoken in het genoom”

om door oefening veroorzaakte veranderingen in genexpressie verder te onderzoeken, bestudeerden Anthony Hannan van het Florey Institute of Neuroscience and Mental Health in Victoria, Australië, en collega ‘ s het sperma van muizen die op wielen liepen of andere fysieke activiteiten uitvoerden. Het team toonde aan dat de oefening veranderingen in de uitdrukkingsniveaus van verscheidene kleine RNAs in de kiemlijncellen van mannelijke muizen aanzette., Het is bekend dat kleine RNAs verpakt in gameten het metabolisme van nakomelingen kunnen beïnvloeden, en mogelijk ook het leren en het geheugen. Mannelijke muizen geboren uit vaders met deze veranderingen in hun sperma hadden verminderde angst niveaus, wat leidt tot de conclusie dat ouderlijke oefening een transgenerationeel effect kan uitoefenen op de emotionele gezondheid van de nakomelingen (Transl Psychiatat, 7:e1114, 2017).,eerder dit jaar publiceerden André Fischer, een experimentele neuropatholoog aan het Duitse Centrum voor neurodegeneratieve ziekten in Göttingen, en zijn collega ‘ s een van de meest overtuigende studies waaruit blijkt dat de voordelen van een verrijkte omgeving op de hersenen epigenetisch van ouder op nageslacht kunnen worden doorgegeven. Het team zette volwassen mannelijke muizen in kooien met loopwielen en ander speelgoed, terwijl een stel van hun neven in kooien leefde zonder wielen of speelgoed., Synaptische verbindingen namen toe in de muizen in verrijkte omgevingen, en het team zag ook verhoogde verbindingen in de hersenen van de nakomelingen van de actieve muizen—zowel mannen als vrouwen. De nakomelingen leerden iets sneller en hadden een beetje betere geheugenherinnering dan muizen met ouders die in traditionele kooien werden grootgebracht, hoewel de verschillen statistisch niet significant waren (Cell Rep, 23:P546–54, 2018)., Het analyseren van het sperma van de oudermuizen, identificeerden Fischer en zijn collega ‘ s twee microRNAs—miR212 en miR132, beide geassocieerd met de neuronontwikkeling—die cognitieve capaciteiten van de nakomelingen van de actieve muizen bleken te beïnvloeden.het is nog niet duidelijk of deze bevindingen vertaalbaar zijn voor mensen, maar Fischer en zijn collega ‘ s schrijven in hun studie dat de resultaten belangrijk kunnen zijn voor de reproductieve geneeskunde. “Het idee dat . . . training op volwassen leeftijd biedt een cognitief voordeel, niet alleen voor het individu dat deze procedure ondergaat, maar ook voor zijn nakomelingen is fascinerend.,”