Expressiepatronen van schildklierhormoonregulerende genen in het ontwikkelende zangcontrolesysteem van de zebravink

Elke vogel zingt zoals hij gebekt is?

Dit wordt wel eens over de mens gezegd. Men bedoelt dan dat iedereen zich gedraagt op de manier die bij hem of haar past. Maar hebt U zich reeds afgevraagd wat er nu werkelijk achter dit spreekwoord schuil gaat? Het voorbije jaar ging ik op onderzoek! Net zoals peuters leren praten, moeten ook zangvogels leren zingen. Inzicht in het zangleerproces bij de zebravink, levert een bijdrage aan onze kennis over de mechanismen die (wonderbaarlijk genoeg) gelijkaardig zijn bij de mens. In mijn onderzoek werd de rol van schildklierhormonen gedurende het leerproces uit de doeken gedaan. Hun rol in dit verhaal blijkt onmiskenbaar.

Leerproblemen?
“Wat heb ik nu aan dit onderzoek”, hoor ik U reeds denken. Meer dan je denkt! Leerproblemen zijn vandaag de dag alomtegenwoordig. Onderzoek voeren naar het functioneren van leerprocessen, draagt bij tot het verwerven van inzicht in de onderliggende neurale mechanismen die met spraak- en leerproblemen bij peuters, kleuters en jonge kinderen gepaard gaan. Dit onderzoek kadert dan ook in een wereld vol praktische toepassingen voor de mens (en de ‘slimme vogels’ van de toekomst). Denk maar aan het helpen bij het opsporen en identificeren van deze spraak- en leerproblemen en de mogelijke behandelingen ervan op lange termijn…

Schildklierhormonen en het zangleerproces
Schildklierhormonen (thyroid hormones – TH’s) zijn cruciaal voor een ontwikkelend organisme. Niet alleen zijn deze hormonen belangrijk voor een normale groei en ontwikkeling, ze verzorgen ook verschillende metabole en reproductieve functies. Zo staat ook de ontwikkeling van het zenuwweefsel onder controle van TH’s. Wat ons een reden gaf te veronderstellen dat TH’s een rol spelen bij het correct functioneren van het zangleerproces. Dit aangezien gedurende het leerproces specifieke hersenkernen, ook wel de zangkernen genoemd, van de vogel worden aangesproken. Dit geheel van zangkernen en de connecties hiertussen wordt het zangcontrolesysteem genoemd. Ondanks het ontrafelen van de mysteries over zangleerproces en het zangcontrolesysteem van de zebravink, was dit project een enorme uitdaging. Het uitspitten van reeds bestaande literatuur leverde amper informatie op omtrent het effect van TH’s op het zangcontrolesysteem. Dit onderzoek stond duidelijk nog in zijn babyschoentjes, maar was klaar voor een maatje groter!

Regulatoren aan de macht!
Net zoals politieke machten trachten orde de houden in de maatschappij, zorgen specifieke regulatoren ervoor dat bepaalde stoffen gecontroleerd en in de juiste hoeveelheid voorkomen in het lichaam. Dit is ook wat TH-regulatoren doen voor TH’s. In dit project werden zo’n 4 regulatoren uitgekozen.

Joodthyronine dejodasen zijn zo’n TH-regulatoren. Afhankelijk van welk type dejodase aanwezig is in de cellen, worden de TH’s geactiveerd of juist geïnactiveerd. Het dejodase type 2 (D2) zorgt voor activatie van het hormoon. Deze bioactieve vorm van het hormoon kan vervolgens binden op TH-receptoren, die zich bevinden op genen in de kern van een cel. Deze receptoren zijn eveneens belangrijke regulatoren. Zowel TH-receptor α (TRα) als TH-receptor β (TRβ) werden onderzocht. Maar vooraleer TH’s zich kunnen plaatsen op hun receptor, dienen ze vanuit de bloedbaan de doelwitcel in getransporteerd te worden. Hiervoor staan TH-transporters in, zoals de monocarboxylaat transporter 8 (MCT8). De genen die voor deze TH-regulatoren coderen en die tevens onderzocht werden, worden TH-regulerende genen genoemd.

Op wel een hele kleine schaal
Van deze vier TH-regulatoren werd telkens getracht het ruimtelijke expressiepatroon van het coderende gen in kaart te brengen. Op deze manier werd een beeld geschetst over de activiteit van de specifieke genexpressie in de zangkernen van het zangcontrolesysteem. Zo wordt duidelijk dat activiteit een natuurlijk fenomeen is, gaande van een atmosferisch niveau, waarbij planeten rond hun as draaien tot een cellulair niveau, waar moleculen met elkaar interageren. De basistechniek die gebruikt werd in dit moleculaire onderzoek is in situ hybridisatie (ISH) op hersenweefselcoupes. Een techniek waarbij, op basis van een gekende gensequentie van het te onderzoeken gen, een nieuw complementair RNA-streng wordt ontwikkeld, de zogenaamde probe. Daar deze probes complementair zijn aan de gentranscripten, wordt na een twee dagen durend protocol een sequentie-specifieke kleuring verkregen. Wanneer dit het geval is, is genexpressie van het onderzochte gen aanwezig.

Er werden eveneens verschillende leeftijden van de zebravink onderzocht. Zo konden stelstelmatig de veranderingen in expressie waargenomen worden wanneer de vogel veroudert. Hoe jonger de vogel, hoe meer zijn zang nog kan variëren doordat nog nieuwe elementen geïncorporeerd worden in het lied. Naarmate de vogel veroudert, wordt zijn lied vastgezet en kunnen er amper nieuwe noten en variaties geïmplementeerd worden. Dit wordt het uitkristalliseren van het lied genoemd. Dit uitkristalliseren start wanneer de zebravink zo’n 90 dagen oud is. Het wordt afgerond op een leeftijd van 120 dagen, aangezien de vogel dan zijn adulte leeftijd heeft bereikt.

Conclusie
Het onderzoek maakte duidelijk dat de vier onderzochte genen noodzakelijk zijn om de ontwikkeling van het zangcontrolesysteem van de zebravink in goede banen te leiden. Uit de uitgevoerde ISH’s blijkt expressie van de genen aanwezig te zijn in de meeste onderzochte zangkernen gedurende het zangleerproces, wat een indicatie is dat schildklierhormonen een belangrijke functie te vervullen hebben in deze zenuwweefselgebieden. Uit de resultaten van deze thesis is eveneens geweten dat wanneer de zebravink zijn adulte leeftijd heeft bereikt, de expressie van alle vier de genen stopt, aangezien de vogel geen nieuwe neuronen incorporeert en zijn lied uitkristalliseert. Dus mogelijks zijn TH’s minder belangrijk bij het effectief functioneren van het zangcontrolesysteem dan bij de ontwikkeling ervan.

Mensen zijn dan wel geen vogels (gelukkig maar?), maar bevindingen als deze kunnen een eerste stap zijn in het onderzoek naar onderliggende mechanismen bij leerproblemen en wat de rol van schildklierhormonen is in dit hele verhaal.

Schildklierhormonen helpen een vogel te zingen zoals hij gebekt is!