Kan uw conditie de hersenkracht van uw kinderen versterken?
Volgens nieuw onderzoek uit Duitsland kunnen vaders het verbeterde leervermogen dat voortkomt uit fysiek en mentaal actief zijn, door middel van moleculaire veranderingen in hun sperma doorgeven.
In een paper gepubliceerd in het tijdschrift Celrapporten, leggen onderzoekers van het Duitse Centrum voor Neurodegeneratieve Ziekten (DZNE) en het Universitair Medisch Centrum Göttingen, ook in Duitsland, uit hoe ze tot deze conclusie kwamen na studie van muizen.
Ze ontdekten dat blootstelling aan een stimulerende omgeving met veel lichaamsbeweging niet alleen het leervermogen van volwassen mannelijke muizen verhoogde, maar ook dat dit voordeel werd geërfd door hun nakomelingen.
Verdere tests lieten zien dat het effect werd doorgegeven via veranderingen in RNA-moleculen in het sperma van de vader.
De onderzoekers identificeerden twee specifieke microRNA-moleculen - genaamd miRNA212 en miRNA132 - als primair verantwoordelijk. MicroRNA's zijn een groep moleculen die de genactiviteit regelen zonder het onderliggende DNA te veranderen.
De nieuwe studie levert verder bewijs van een "epigenetisch" proces van overerving waarin vaardigheden kunnen worden doorgegeven aan de volgende generatie zonder DNA te betrekken.
Epigenetische overerving
In hun paper geven senior studie-auteur André Fischer, een professor in de afdeling psychiatrie en psychotherapie aan de DZNE, en zijn collega's een samenvatting van recent bewijs van "niet-genetische mechanismen" van overerving.
De mechanismen hebben betrekking op het opkomende gebied van epigenetica, waarin wetenschappers steeds meer bewijs verzamelen van hoe omgevingsfactoren - zoals levensstijl en voeding - van de ene generatie de biologische ontwikkeling, gezondheid en ziekte van de volgende generatie beïnvloeden.
Epigenetische mechanismen veranderen genexpressie zonder het DNA te veranderen. Ze beïnvloeden de celactiviteit door bijvoorbeeld genen aan en uit te zetten en patronen van eiwitproductie te veranderen.
Recente studies suggereren dat epigenetische veranderingen kunnen worden doorgegeven via sperma. Onderzoek dat onlangs op een conferentie werd gepresenteerd, toonde bijvoorbeeld aan dat blootstelling aan een leven van milde stress het sperma bij mannelijke muizen zodanig kan veranderen dat het de hersenontwikkeling van hun nakomelingen vormt.
Oefening en ‘synaptische plasticiteit’
Prof. Fischer en collega's merken op dat het bekend is dat lichaamsbeweging in combinatie met cognitieve training - waarnaar ze verwijzen als "omgevingsverrijking" - het risico op verschillende ziekten verlaagt, waaronder ziekten die de hersenen aantasten.
Met name studies bij ratten en mensen hebben aangetoond dat omgevingsverrijking de "synaptische plasticiteit" kan versterken, die bepaalt hoe goed hersencellen communiceren en ook wordt erkend als de biologische basis van leren.
Hoewel studies ook hebben aangetoond dat het grootbrengen van muizen in verrijkte omgevingen kan leiden tot verbeterde synaptische plasticiteit bij hun nakomelingen, is het niet duidelijk of dit ook waar is als de blootstelling alleen plaatsvindt op volwassen leeftijd.
Bovendien wordt het mechanisme waardoor de verhoogde synaptische plasticiteit wordt overgeërfd, slecht begrepen, merken de auteurs op.
Voor hun studie namen de wetenschappers twee groepen mannelijke muizen. Ze lieten de ene groep 10 weken lang omgevingsverrijking ervaren, inclusief veel lichaamsbeweging, terwijl de andere groep in 'thuiskooien' bleef.
Ze ontdekten dat in vergelijking met de gekooide muizen (de controles), de muizen die omgevingsverrijking hadden ondergaan een "significante toename" in synaptische activiteit vertoonden in de hippocampus, een gebied van de hersenen dat belangrijk is om te leren.
Het voordeel wordt doorgegeven via sperma-RNA
In de volgende fase van het onderzoek namen de onderzoekers nog twee groepen volwassen mannelijke muizen en ondergingen ze hetzelfde regime, behalve dat ze na 10 weken paren met thuisgekooide vrouwtjes.
De resultaten van het team toonden aan dat de nakomelingen van de mannelijke muizen die op volwassen leeftijd omgevingsverrijking hadden ervaren, ook een verhoogde synaptische activiteit van de hippocampus hadden, vergeleken met de nakomelingen van de mannelijke controles.
De auteurs merken op dat, aangezien de moeders nog nooit omgevingsverrijking hadden meegemaakt, het voordeel via de vaders moet zijn doorgegeven.
In verdere experimenten haalden ze RNA uit het sperma van de vader en injecteerden het in bevruchte eicellen van muizen.
Er werd ontdekt dat nakomelingen van eieren met sperma-RNA van muizen die waren blootgesteld aan omgevingsverrijking tijdens de volwassenheid "verbeterde synaptische plasticiteit en leervermogen" hadden in vergelijking met nakomelingen van eieren met sperma-RNA van controlemuizen.
De onderzoekers concludeerden dat omgevingsverrijking, of meer fysiek en mentaal actief zijn, op volwassen leeftijd het cognitieve vermogen van nakomelingen kan stimuleren, en dat dit wordt doorgegeven via sperma-RNA.
Met behulp van nauwkeurigere RNA-injecties probeerde het team vervolgens de exacte RNA-moleculen te identificeren die verantwoordelijk zijn voor de epigenetische overerving van het verbeterde leervermogen. Ze ontdekten dat miRNA212 en miRNA132 verantwoordelijk waren voor het grootste deel ervan.
"Voor het eerst koppelt ons werk specifiek een epigenetisch fenomeen aan bepaalde microRNA's."
Prof. André Fischer
