Discrimineren betekent letterlijk het maken van onderscheid. Hoewel het woord in maatschappelijke zin een vervelende bijsmaak heeft, is discriminatie in de biologische wereld vaak goed. Ons immuunsysteem bijvoorbeeld functioneert alleen omdat het onderscheid kan maken tussen lichaamseigen en niet lichaamseigen. Veel bloemdragende planten herkennen hun eigen pollen en wijzen het af om inteelt te voorkomen. En als de lange uitlopers van zenuwcellen hun weg zoeken, zorgt discriminatie voor een georganiseerde gang van zaken.

Het geschatte aantal zenuwcellen in ons brein is 1012, dat is een miljoen keer een miljoen cellen. Gemiddeld maakt de uitloper van elk van deze cellen duizend keer contact met een andere cel. Hoe komen al deze groeiende uitlopers op de goede plek terecht? En hoe kiezen ze de juiste cel om contact mee te maken? Prachtig werk in de fruitvlieg (200.000 zenuwcellen, miljoenen verbindingen) gedurende de afgelopen twintig jaar heeft geleid tot de ontdekking van een ingenieus systeem van zelfherkenning en –afwijzing.

Bezettingsgraad
Zenuwcellen maken verschillende soorten verbindingen. Bijvoorbeeld tussen een plek in de huid waar een pijnprikkel plaatsvindt en de plek in de hersenen waar de pijn geregistreerd wordt. Maar ook binnen het brein vinden talloze connecties tussen zenuwcellen plaats. Het is voordelig als alle uitlopers van één zenuwcel zich wijds en gelijkmatig uitspreiden, zodat het werkgebied van de zenuwcel zo groot mogelijk is. Om dat te bereiken moet voorkomen worden dat de uitlopers van dezelfde zenuwcel hetzelfde pad volgen. Uitlopers van verschillende cellen (met waarschijnlijk verschillende functies) moeten die mogelijkheid wèl hebben. Hoe wordt die situatie bereikt?

Streepjescode
De oplossing die de fruitvlieg heeft gevonden is er één van grote schoonheid. Elke zenuwcel krijgt een unieke code die bestaat uit oppervlakte-eiwitten. En daarvoor gebruikt het een enkel gen. Normaliter codeert één gen voor één eiwit. In het geval van het gen Dscam, zijn er ongeveer 38.000 eiwitten mogelijk. Dat komt doordat het gen voor vier van de onderdelen van het uiteindelijke eiwit een reeks aan keuzemogelijkheden heeft. Twaalf keuzes, keer achtenveertig, keer drieëndertig, keer twee, is 38.000 mogelijkheden. Elke zenuwcel presenteert een willekeurige combinatie van ongeveer dertig van deze eiwitten op zijn oppervlak en maakt zichzelf daarmee op een unieke manier herkenbaar.

Herken en wijs af
Elke keer als uitlopers van zenuwcellen bij elkaar in de buurt komen wordt er bepaald of dit ‘eigen’ of ‘niet eigen’ is. De streepjescode is daarbij van essentieel belang omdat alleen precies dezelfde eiwitten aan elkaar kunnen binden en er vindt dus enkel een interactie plaats tussen uitlopers van dezelfde zenuwcel. Binding is dus het teken dat deze uitloper gemeden moet worden. De interactie wordt verbroken en de uitloper groeit een andere kant op.

Anders met een wervelkolom?
Terug naar de mens met zijn miljoen x miljoen cellen in de hersenen. Hoe wordt zelfherkenning in òns brein gereguleerd? Dat is tot op heden niet duidelijk. Gewervelden zoals wij hebben ook Dscam genen maar deze coderen niet voor de enorme variëteit aan eiwitten zoals in de fruitvlieg. Zij kunnen derhalve niet zorgen voor een code die zenuwcellen uniek maakt zoals beschreven voor de fruitvlieg en andere insecten. Toch lijkt het onlogisch om te veronderstellen dat een moleculair mechanisme dat zo goed werkt in de vlieg niet geëvolueerd zou zijn in gewervelden. Het wachten is dus alleen op het vinden van de verantwoordelijke moleculen.

Dit stuk verscheen ook in de Groene Amsterdammer nummer 46 | 17 November 2010