{"id":27165,"date":"2026-10-13T17:18:08","date_gmt":"2026-10-13T15:18:08","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/marene-hardonk\/"},"modified":"2026-10-31T11:38:38","modified_gmt":"2026-10-31T10:38:38","slug":"marene-hardonk","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/marene-hardonk\/","title":{"rendered":"Marene Hardonk"},"content":{"rendered":"","protected":true},"featured_media":27166,"template":"","meta":{"_acf_changed":false},"university_us_portfolio":[26],"class_list":["post-27165","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","university_us_portfolio-universiteit-van-amsterdam"],"acf":{"main_text":"","naam_van_het_proefschift":"Working out the active brain","samenvatting":"Sporten is populair en wordt in diverse vormen door veel mensen over de hele wereld beoefend. Naast het belang bij aspecten als plezier, groepsbinding en competitie, wordt lichamelijke beweging breed gezien als een van de meest effectieve en relatief simpele manieren om een goede lichamelijke gezondheid te bevorderen. Regelmatige bewegen heeft gunstige effecten op het lichaam, zoals verbeterd metabolisme en fitheid van hart en bloedvaten, maar ook op het brein. Dergelijke effecten treden op alle leeftijden op, maar ook tijdens ziekte; een hoge mate van fysieke activiteit wordt vaak geassocieerd met minder snelle cognitieve achteruitgang, een lager risico op depressie, en mogelijk ook een lager risico op dementie. Hoe dit echter werkt is nog slecht begrepen, en de veranderingen in de hersenen die hierbij betrokken zijn, zijn nog nauwelijks bekend. Mensen verschillen bovendien sterk in de mate waarin en hoeveel ze sporten als in hun respons op beweging. \n\nIn dit proefschrift willen we proberen beter te begrijpen wat er in de hersenen gebeurt tijdens lichamelijke beweging. We gebruiken hiervoor een knaagdiermodel waarin langdurig, vrijwillig rennen op een loopwiel (\u201cvoluntary wheel running\u201d, VWR) gebruikt wordt om veranderingen in de hersenen op neurochemisch, moleculair, cellulair en netwerkniveau in kaart te brengen.\n\nHoofdstuk 1 schetst het theoretische kader voor de studies in dit proefschrift. We introduceren de diverse aspecten van VWR, en bespreken in meer detail de factoren die we in de hersenen onderzoeken: het dopaminesysteem, de transcriptiefactor \u0394FOSB, de vorming van nieuwe zenuwcellen (zgn. adulte neurogenese in de hippocampus (AHN)), ontstekingscellen in de hersenen (zgn. microglia), en de netwerkanalyses die we toepassen. \n\nHoofdstuk 2 onderzocht hoe VWR de dopaminerge signalering in specifieke hersengebieden van mannelijke ratten be\u00efnvloedt. Met behulp van een specifieke beeldvormingstechniek hebben we de binding van dopaminereceptoren en dopamine transporters (DAT) gemeten. Na 22 dagen VWR zagen we dat dopamine D2\/3-receptor (DRD2\/3) binding, maar niet DAT, specifiek verminderd is in de nucleus accumbens (NAc), een hersengebied betrokken bij beloning en motivatie, zonder dat er veranderingen optraden in de DRD2\/3 of de DAT in een ander gebied, het dorsale striatum. Deze specifieke verandering weerspiegelt hoogstwaarschijnlijk een aanpassing waarbij receptoren worden ge\u00efnternaliseerd als reactie op een aanhoudende, door beweging ge\u00efnduceerde toename van de dopaminerge niveaus in de NAc. Dit gebeurt dus blijkbaar bij voorkeur in limbisch-geassocieerde dopaminerge circuits. Hierdoor verschuift mogelijk de balans van striatale output op een manier die de motivatie om te gaan bewegen en de stressbestendigheid bevordert.\n\nIn Hoofdstuk 3 onderzochten we welke hersengebieden geactiveerd worden door langdurig VWR. We gebruikten \u0394FOSB als moleculaire marker bij zowel mannelijke als vrouwelijke ratten. Omdat \u0394FOSB bij herhaalde activatie van zenuwcellen accumuleert en dagenlang tot wekenlang aanwezig blijft, leent deze marker zich goed om een beeld te krijgen welke gebieden herhaaldelijk gestimuleerd worden tijdens langdurige VWR. We bestudeerden \u0394FOSB-expressie in 44 hersenregio\u2019s die een rol spelen bij stress, beloning en cognitie en vonden wijdverspreide \u0394FOSB-veranderingen, met name in de striatale, hippocampale en corticale hersengebieden. Ook waren er sekseverschillen: bij mannelijke ratten was \u0394FOSB-inductie het sterkst in striatale en hippocampale subregio's, terwijl bij de vrouwelijke ratten de verhogingen vooral plaatsvonden in prefrontale gebieden. Met de informatie uit al deze hersengebieden tezamen maakten we zgn. \u2018co-activatienetwerken\u2019 om te zien hoe veranderingen in verschillende gebieden met elkaar samenhangen. Zo vonden we dat VWR de hersenarchitectuur reorganiseert, en de zgn. \u2018centraliteit\u2019 van het netwerk verschoof naar meer corticale knooppunten zodat de algehele netwerkeffici\u00ebntie toenam in beide geslachten.\n\nIn Hoofdstuk 4 bestudeerden we opnieuw \u0394FOSB-veranderingen en netwerkveranderingen na langdurig VWR, maar nu in mannelijke en vrouwelijke muizen in 46 hersengebieden. De kernbevindingen zoals we die al bij ratten hadden gevonden, werden grotendeels bevestigd: VWR stimuleerde \u0394FOSB in striatale, hippocampale en corticale regio's, en reorganiseerde de co-activatie netwerkarchitectuur naar een sterkere rol voor de corticale gebieden. Vrouwelijke muizen vertoonden verder grotere \u0394FOSB toenames in prefrontale regio's, terwijl bij mannelijke muizen dit vooral striatale regio's betrof. Op netwerkniveau liet VWR in mannelijke dieren een uitgesproken topologische reorganisatie naar een meer cortico-centrale architectuur zien, terwijl bij vrouwtjes minder veranderingen in netwerktopologie optraden, maar er juist een grotere toename in globale effici\u00ebntie werd gezien.\n\nHoofdstuk 5 onderzocht de invloed van het type loopwiel op VWR-gedrag en de neurobiologische effecten van VWR bij mannelijke muizen. We vergeleken lichte, horizontale plastic loopwielen met een relatief lage weerstand, en zwaardere, verticale roestvrijstalen loopwielen met een relatief hoge weerstand. Rennen op horizontale loopwielen leidde tot langere en snellere periodes van renactiviteit, en ging gepaard met een sterkere toename van genexpressie in de skeletspieren, onder andere van mtor, mstn, metrnl, fndc5, fgf2, il6, il15 en ppargc1\u03b1, en ook een sterkere toename van de hoeveelheid nieuwe zenuwcellen (AHN). Daarentegen was de hoeveelheid \u0394FOSB in 27 hersenregio's betrokken bij stress, beloning en cognitie, grotendeels vergelijkbaar tussen de twee typen loopwielen, wat suggereert dat \u0394FOSB in het brein minder gevoelig is voor de verschillen tussen de wieltypen. \n\nOm te testen of deze verschillen zich ook vertalen naar verschillen in de stressrespons, werden dieren blootgesteld aan een korte, acute stressor en werden veranderingen in een andere, kortdurende activatiemarker in het brein genaamd cFOS en het stresshormoon corticosteron in het bloed gemeten. Alhoewel de corticosteronrespons in het bloed gelijkwaardig was, leidde het gebruik van de twee verschillende loopwieltypen tot sterk verschillende responsen in cFOS en in hun co-activatienetwerkpatronen in de hersenen: rennen op horizontale loopwielen zorgde voor een sterke inductie van cFOS, terwijl rennen op verticale loopwielen vaker tot gedempte cFOS-responsen leidde. Tezamen toont dit aan dat het type loopwiel de resultaten van VWR-studies be\u00efnvloedt en dus een belangrijk methodologisch aspect is waar rekening mee moet worden gehouden bij VWR-studies rond loopgedrag, perifere fysiologie, AHN en stressgevoeligheid.\n\nIn Hoofdstuk 6 onderzochten we of VWR de effecten van anti-kanker medicijnen kan verbeteren. Therapie met twee zgn. immuuncheckpointremmers (\u201cimmune checkpoint inhibitors\u201d, ICIs) werd getest in twee syngene muismodellen voor colonkanker, en we richtten ons met name op immuun- en neuro-immuun effecten. VWR gecombineerd met ICI-behandeling veranderde de T-cellen (een specifieke immuuncel) in de milt, evenals de microglia in het brein, vooral tijdens de behandeling met het middel anti-CTLA-4. Anti-PD-1-behandeling leverde subtielere microglia-veranderingen op die eveneens werden be\u00efnvloed door VWR. Dit suggereert dat VWR de door de ICI-behandeling ge\u00efnduceerde veranderingen van de microglia kan normaliseren, terwijl de anti-tumorwerking behouden blijft of zelfs verbetert.\n\nSamenvattend tonen de studies in dit proefschrift aan dat lichamelijke activiteit de activatie en functie van de hersenen op meerdere niveaus verandert; dit betreft de dopaminerge signalering, moleculaire transcriptiefactoren en AHN, maar ook de netwerkorganisatie en het neuro-immuun niveau. Onze kernbevindingen in striatale, hippocampale en corticale circuits waren verder vergelijkbaar tussen de diersoorten en tot op zekere hoogte ook met humane neuroimaging-data. Dit ondersteunt de translationele relevantie van ons werk. \n\nZo bezien is VWR een systeemniveau-interventie die het hele brein verandert. Deze aanpassingen zijn overigens niet uniform maar sterk afhankelijk van het VWR-patroon, het ontwerp van het loopwiel, het geslacht, de diersoort, de huisvestingsomstandigheden en de klinische context. VWR is daarmee dus een complexe en contextafhankelijke stimulus. \n\nVoor toekomstige studies zou het interessant zijn deze studies uit te breiden naar concrete gedragsuitkomsten, naar oudere populaties, en te proberen technieken te ontwikkelen die de door beweging-ge\u00efnduceerde veranderingen in de hersenen op een niet-invasieve manier kunnen meten bij mensen. Zulke \u2018biomarkers\u2019 van wat er in het brein gebeurt, zouden kunnen helpen om uiteindelijk persoonsgerichte bewegingsinterventies te ontwikkelen, afgestemd op de biologie, klinische context en therapeutische behoeften van het individu.","summary":"Maintaining high levels of physical activity, for example through sports, has become increasingly popular. In fact, it is commonly recommended in order to promote overall physical and mental health. Today, physical exercise is recognized as one of the most potent modifiable lifestyle factors for brain health and has been consistently associated with a reduced risk of depression, delayed cognitive decline and delayed onset of dementia. Yet, the neurobiological mechanisms underlying these benefits remain incompletely understood, and the extent of exercise people engage in, the amount that is considered optimal in terms of health benefits, as well as the response to exercise per se often vary strongly between individuals. \n\nThis dissertation addresses these questions by examining how long-term voluntary wheel running (VWR), a translationally relevant rodent model of self-reinforcing, aerobic exercise, reshapes the brain at the neurochemical, molecular, cellular and network levels. \n\nChapter 1 provides the theoretical framework for the studies described in this dissertation, introducing VWR as an animal model for exercise training and discussing the key neurobiological mechanisms investigated: dopaminergic signaling, the transcription factor \u0394FOSB, adult hippocampal neurogenesis (AHN), microglial profiles and large-scale brain network (re-)organization.\n\nChapter 2 examined how long-term VWR alters dopaminergic signaling in the mesolimbic and nigrostriatal pathways of male rats. Using storage phosphor imaging following 22 days of VWR, we demonstrate that VWR selectively reduces dopamine D2\/3 receptor (DRD2\/3), but not dopamine transporter (DAT), binding in the nucleus accumbens (NAc), a key brain region for reward- and motivation-related behavior, without detectable changes in DRD2\/3 or DAT in the dorsal striatum. This region-specific downregulation likely reflects compensatory receptor internalization in response to a sustained, VWR-induced increase in dopaminergic tone in the NAc. The selectivity of this effect for the ventral striatum suggests that long-term VWR preferentially engages limbic-associated dopaminergic circuits, potentially shifting the balance of striatal output in ways that promote exercise motivation and stress resilience.\n\nIn Chapter 3, we investigated how long-term VWR in both male and female rats shapes patterns of repetitive neuronal activation, using immunohistochemistry for \u0394FOSB as a molecular marker. Because \u0394FOSB accumulates progressively with repeated neuronal stimulation and persists for days to weeks, it provides a molecular signature of long-term, experience-dependent neural plasticity. Following 28 days of VWR, \u0394FOSB expression was quantified across 44 brain regions associated with stress, reward and cognition. VWR induced widespread changes in \u0394FOSB levels across striatal, hippocampal and cortical regions. Sex differences were also observed: in males, \u0394FOSB induction was most prominent in striatal and hippocampal subregions, whereas in females, increases were more consistently found across prefrontal areas. Using this large-scale dataset to construct \u0394FOSB-based co-activation networks, we further show that VWR reorganized large-scale functional brain architecture, shifting network centrality towards cortical nodes and increasing global network efficiency in both sexes.\n\nIn Chapter 4, we applied a similar \u0394FOSB mapping approach, but now in mice, quantifying regional \u0394FOSB expression across 46 brain regions following 28 days of VWR in both male and female mice, and constructing \u0394FOSB co-activation networks. The core findings from rats were largely replicated: VWR induced \u0394FOSB expression in striatal, hippocampal and cortical regions and reorganized co-activation network architecture towards greater cortical hub dominance. Sex-specific differences in both regional \u0394FOSB expression and network organization were again evident. Female mice showed greater \u0394FOSB induction in prefrontal regions, while males showed a more pronounced induction in striatal regions. At the network level, male runners exhibited a marked topological reorganization towards a more cortico-central architecture, accompanied by relatively modest changes in network density and global efficiency, whereas female runners showed fewer alterations in network topology but a more pronounced increase in global efficiency.\n\nChapter 5 directly investigated the impact of running on different wheel designs on VWR behavior and its neurobiological consequences. We compared light, low-resistance horizontal plastic wheels with heavier, higher-resistance vertical stainless-steel wheels in male mice. Running on horizontal wheels facilitated longer, faster and more continuous running bouts, and was associated with a stronger upregulation of gene expression in skeletal muscle, including mtor, mstn, metrnl, fndc5, ctsb, fgf2, il6, il15 and ppargc1\u03b1, and a more pronounced increase in AHN, particularly in the dorsal dentate gyrus. By contrast, \u0394FOSB accumulation across 27 brain regions involved in stress, reward and cognition was broadly similar between the two wheel designs, suggesting that long-term transcriptional adaptations, at least as indexed by \u0394FOSB levels, are less impacted by wheel design and subsequent VWR dynamics than neurogenic and muscle adaptations. To test whether running on these distinct wheel designs translates into distinct stressor responsivity, mice were exposed to an acute restraint stressor and plasma corticosterone responses and brain cFOS levels were quantified. Despite comparable corticosterone induction, the two wheel designs produced markedly different regional cFOS responses and cFOS co-activation network patterns. For example, runners with horizontal wheels showed stronger regional cFOS induction and a reconfigured stress-responsive cFOS network, while runners with vertical wheels more often showed attenuated cFOS responses. Together, these findings demonstrate that wheel design is an important experimental variable in VWR studies that shapes running behavior, peripheral physiology, hippocampal plasticity and stressor-induced neuronal activation.\n\nIn Chapter 6, we took a more disease-oriented approach and examined the interaction between VWR and immune checkpoint inhibitor (ICI) therapy in two syngeneic mouse models of colorectal cancer, with a focus on immune and neuroimmune outcomes. Concurrent ICI and VWR modulated peripheral T cell profiles and hippocampal microglial morphology and density towards a more homeostatic configuration, particularly during anti-CTLA-4 treatment. Anti-PD-1 treatment produced more subtle microglial changes that were likewise modulated by VWR. These findings suggest that exercise training can normalize treatment-induced perturbations of microglial activation state while preserving or enhancing anti-tumor efficacy, adding a neuroprotective dimension to the potential role of exercise training as an adjunct therapy in cancer immunotherapy.\n\nTaken together, the studies presented in this dissertation demonstrate that VWR reshapes brain function across multiple levels of biological organization, from dopaminergic signaling and molecular transcription factors to AHN, large-scale neural network organization and neuroimmune states. As such, and in contrast to earlier studies often focusing on single parameters, a coherent and integrated picture emerges of VWR as a systems-level intervention that tends to rebalance the brain at multiple levels and towards a more efficient, cortically anchored, homeostatic organization. These adaptations are not uniform: they are impacted by VWR dynamics, wheel design, sex, species, housing conditions and clinical context, underscoring that VWR is not a singular intervention but a complex, context-dependent stimulus. \n\nThe cross-species consistency of our key findings across striatal, hippocampal and cortical circuits, combined with their parallels in at least some human neuroimaging studies, supports the translational relevance of this work. Future studies should establish causal links between the molecular and network-level adaptations identified here and focus on more concrete behavioral outcomes; extend these findings, where necessary, to female animals and also older populations; and finally, develop tools to non-invasively track biomarkers of exercise-induced brain adaptations in humans. Ultimately, this may help facilitate the development of precision exercise interventions, tailored to an individual's biology, clinical context and therapeutic needs in an optimal manner.","auteur":"Marene Hardonk","auteur_slug":"marene-hardonk","publicatiedatum":"19 november 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/marenehardonk?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/50ab5a0f-d723-47ad-8419-12d659fc4d55\/highres","url_epub":"","ordernummer":"19573","isbn":"978-94-6534-718-9","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Universiteit van Amsterdam","afbeeldingen":27166,"video_url":"","podcast_url":"","naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Universiteit van Amsterdam","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/27165","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/27166"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=27165"}],"wp:term":[{"taxonomy":"university_us_portfolio","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/university_us_portfolio?post=27165"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}