Mensen en veel andere zoogdieren handhaven hun lichaamstemperatuur op ongeveer 37°C (98.6°F), wat ideaal is voor alle regulerende processen. De functies worden aangetast wanneer hun lichaamstemperatuur merkbaar afwijkt van het normale bereik, wat kan resulteren in een zonnesteek, onderkoeling of, in het ergste geval, de dood. Als de lichaamstemperatuur echter kunstmatig binnen het normale bereik kan worden gebracht, kunnen deze problemen worden aangepakt.
In het preoptische gebied van de hypothalamus, dat de essentiële processen van het lichaam reguleert, bevindt zich het temperatuurcontrolecentrum van de hersenen. Het preoptische gebied stuurt bijvoorbeeld een signaal naar het lichaam om de temperatuur te verhogen om virussen, ziektekiemen en andere ziekteverwekkende organismen te bestrijden wanneer het signalen ontvangt van de mediator prostaglandine E (PGE2), die wordt aangemaakt als reactie op infecties.
Het is echter nog steeds onduidelijk welke neuronen in het preoptische gebied het commando vrijgeven om de lichaamstemperatuur te verhogen of te verlagen.
Een onderzoeksgroep bij Nagoya University in Japan heeft kritische neuronen geïdentificeerd die de lichaamstemperatuur bij zoogdieren op 37°C houden. In hun onderzoek rapporteerden ze dat een groep neuronen, EP3-neuronen genaamd, in het preoptische gebied van de hersenen een sleutelrol spelen bij het reguleren van de lichaamstemperatuur van zoogdieren.
In het onderzoek bij ratten concentreerden wetenschappers zich vooral op EP3-neuronen in het preoptische gebied, die EP3-receptoren van PGE2 tot expressie brengen, en onderzochten ze de functie voor het reguleren van de lichaamstemperatuur.
Wetenschappers hebben eerst onderzocht hoe variaties in de omgevingstemperatuur het vuren van EP3-neuronen in het preoptische gebied beïnvloeden. Ratten houden van een temperatuur van ongeveer 28 °C voor hun leefgebied. De muizen werden gedurende twee uur onderworpen aan koude (4°C), kamer- (24°C) en warme (36°C) omstandigheden. De bevindingen toonden aan dat blootstelling aan 4°C en 24°C de EP3-neuronen niet activeerde, maar blootstelling aan 36°C wel.
Om te bepalen waar de signalen van EP3-neuronen worden overgedragen, keken de wetenschappers vervolgens naar de zenuwvezels van EP3-neuronen in het preoptische gebied. Uit de studie bleek dat zenuwvezels verspreid zijn over het hele lichaam hersenen, vooral in de dorsomediale hypothalamus (DMH), verantwoordelijk voor activering van het sympathische zenuwstelsel. Gamma-aminoboterzuur (GABA), een krachtige remmer van neuronale excitatie, is volgens hun onderzoek het molecuul dat EP3-neuronen gebruiken voor de signaaloverdracht naar DMH.
Wetenschappers hebben de activiteit van EP3-neuronen experimenteel gewijzigd met behulp van een chemogenetische methode om de functie van deze neuronen bij temperatuurregulatie beter te begrijpen. Ze ontdekten dat het verhogen van de lichaamstemperatuur het gevolg was van het onderdrukken van de activiteit van de neuronen, terwijl het verlagen ervan het gevolg was van het activeren ervan.
Samen hebben de resultaten van dit onderzoek aangetoond dat EP3-neuronen in het preoptische gebied essentieel zijn voor het beheersen van de lichaamstemperatuur, omdat ze GABA vrijgeven om remmende signalen door te geven aan DMH-neuronen, die sympathische reacties reguleren.
Professor Kazuhiro Nakamura van de Universiteit van Nagoya zei: “Waarschijnlijk kunnen EP3-neuronen in het preoptische gebied de signaalsterkte nauwkeurig regelen om de lichaamstemperatuur nauwkeurig af te stemmen.”
“In een warme omgeving worden signalen bijvoorbeeld versterkt om sympathische signalen te onderdrukken, wat resulteert in een verhoogde bloedstroom in de huid om de straling van de lichaamswarmte te vergemakkelijken om een zonnesteek te voorkomen. In een koude omgeving worden signalen echter verminderd om sympathische outputs te activeren, die de warmteproductie in bruin vetweefsel en andere organen bevorderen om onderkoeling te voorkomen. Bovendien werkt PGE2 op het moment van infectie in op EP3-neuronen om hun activiteit te onderdrukken, waardoor sympathische outputs worden geactiveerd om koorts te ontwikkelen.”
De resultaten van dit onderzoek kunnen leiden tot de creatie van een technologie die de lichaamstemperatuur kunstmatig wijzigt en potentiële toepassingen heeft in tal van medische specialismen. Interessant is dat deze technologie obesitas kan helpen behandelen door een licht verhoogde lichaamstemperatuur te handhaven die de vetverbranding stimuleert.
Prof. Nakamura zei, “Bovendien zou deze technologie kunnen leiden tot nieuwe strategieën voor het overleven van mensen in warmere mondiale omgevingen, die een serieus wereldwijd probleem aan het worden zijn.”
Journal Reference:
- Yoshiko Nakamura, Takaki Yahiro et al. Preoptische neuronen die prostaglandine EP3-receptor tot expressie brengen, regelen bidirectioneel de lichaamstemperatuur via tonische GABAergische signalering. Wetenschap Advances DOI: 10.1126/sciadv.add5463
