Purkinje cellen, ook wel Purkinje neuronen genoemd, zijn neuronen in gewervelde dieren die zich in de cerebellaire cortex van de hersenen bevinden. Purkinje cellichamen hebben de vorm van een kolf en hebben vele draadvormige uitsteeksels, dendrieten genaamd, die impulsen ontvangen van andere neuronen, granule cellen genaamd. Elke cel heeft ook een enkele uitsteeksel, axon genaamd, dat impulsen doorgeeft aan het deel van de hersenen dat de beweging controleert, het cerebellum. Purkinjecellen zijn remmende neuronen: zij scheiden neurotransmitters af die zich binden aan receptoren die het vuren van andere neuronen afremmen of verminderen. Purkinjecellen waren de eerste neuronale cellen die werden geïdentificeerd. Onderzoekers bestuderen de embryonale ontwikkeling van Purkinjecellen om na te gaan hoe zij functioneren in verschillende mechanismen in het lichaam.

Jan Evangelista Purkyně (Purkinje), werkzaam aan de Universiteit van Breslau in Breslau, Pruisen, ontdekte deze cellen in het midden van de negentiende eeuw. In 1832 verkreeg hij een achromatische Plössl-microscoop, die twee kleuren tegelijk in beeld bracht, en onderzocht hij de structuur van de cellen bij schapen. Hij gebruikte alcohol om zijn preparaten te fixeren en maakte dunne coupes van schapenhersenweefsels om ze microscopisch te onderzoeken. Purkyně beschreef de cellen, die later naar hem werden genoemd, in zijn artikel over de histologie van het zenuwstelsel, “Neueste Untersuchungen aus der Nerven-und Hirnanatomie” (Recente studies uit de zenuw- en hersenanatomie), dat hij in september 1837 in Praag, Bohemen, het latere Tsjechië, presenteerde.

In de eeuwen na Purkyně’s ontdekking bestudeerden onderzoekers de structuur en functies van de Purkinje-cellen. Aan het eind van de negentiende eeuw onderzocht Camillo Golgi, aan de universiteit van Pavia in Lombardije, Italië, Purkinjecellen door ze te kleuren met zilvernitraat. Deze kleuring stelde hem in staat het cellichaam en zijn uitlopers te beschrijven. Santiago Ramón y Cajal aan de Universiteit van Barcelona in Barcelona, Spanje, verfijnde Golgi’s techniek en ontdekte dat Purkinjecellen dendritische stekels hebben, dat zijn kleine, deurknop-achtige uitsteeksels op de dendrieten. Golgi en Ramón y Cajal deelden de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde in 1906 voor hun onderzoek naar de structuur van het zenuwstelsel. Sindsdien heeft onderzoek aan deze cellen de relaties van Purkinjecellen met andere cellen, zoals Bergmann gliacellen en granulecellen, aan het licht gebracht, evenals de details van hun functies in het cerebellum.

Purkinjecellen nemen deel aan de processen van motorische controle en leren. Zij zijn de enige cellen die signalen uitzenden vanuit de cerebellaire cortex, de buitenste laag van het cerebellum, hoewel zij input kunnen ontvangen van honderdduizenden cellen. Elk cellichaam is tachtig micron in diameter en remt de excitatoire neuronen van het ruggenmerg en andere gebieden, van waaruit zij input ontvangen. Purkinjecellen regelen de activering van de excitatoire neuronen door interacties met hun dendrieten. Purkinjecellen geven gama-aminoboterzuur (GABA) af, een neurotransmitter die bepaalde neuronen remt bij het overbrengen van impulsen. De uitgang van de zenuwcellen verloopt via het axon dat elektrische impulsen geleidt.

Purkinjecellen remmen de uitgangscentra die diepe cerebellaire kernen en vestibulaire kernen in het cerebellum worden genoemd, door de timing van het stijgen en dalen van elektrische signalen (actiepotentialen) langs de axonen van de kernen te reguleren. Op hun beurt controleren zij de uitgangssignalen van het cerebellum. Door middel van gesynchroniseerde signalen controleren Purkinjecellen de snelheid waarmee signalen in het cerebellum vuren om precieze output van de nuclei-neuronen te produceren, wat resulteert in motorische coördinatie zoals handbewegingen. Studies bij zoogdieren hebben aangetoond dat Purkinjecellen ook de hormonen progesteron en oestradiol synthetiseren tijdens de vorming van de cerebellaire circuits in zich ontwikkelende embryo’s en foetussen. Progesteron en estradiol bevorderen de groei van dendrieten, de ontwikkeling van synapsen (synaptogenese), en de ontwikkeling van stekels op de dendrieten (spinogenese) in de zich ontwikkelende Purkinjecel.

Twee soorten neuronale vezels voeren input naar de Purkinjecellen: mosvezels en klimvezels. Mosvezels, die hun oorsprong vinden in het ruggenmerg en de hersenstam, beïnvloeden de Purkinjecellen via de granulecellen. Mosvezels delen zich samen met granule cellen in tweeën en vormen parallelle vezels, analoog aan telefoonlijnen in een buurt. Elke Purkinjecel ontvangt input van ruwweg 200.000 parallelle vezels. Klimvezels vinden hun oorsprong in de inferieure olivariskern van de medulla oblongata, een gebied van de hersenstam dat verantwoordelijk is voor het regelen van de ademhaling, de hartslag en de spijsvertering. De klimvezels wikkelen zich rond het lichaam en de dendrieten van de Purkinjecel en maken veel synaptische contacten, maar in tegenstelling tot de mosvezels maken zij slechts contact met enkele Purkinjecellen. Bovendien ontvangt elk van de Purkinjecellen input van hooguit één klimvezel.

Embryonaal onderzoek van muizen- en rattenhersenen toonde de neurogene aspecten van Purkinjecellen aan. Als gewervelde dieren embryo’s zijn, ontstaan Purkinjecellen in de ventriculaire zone in de neurale buis, de voorloper van het zenuwstelsel in het embryo. Purkinjecellen komen voort uit een weefsel dat het cerebellair primordium wordt genoemd. De cellen die zich het eerst ontwikkelen zijn die van de twee hemisferen, of helften, van de kleine hersenen. De cellen die in het cerebellair primordium ontstaan, vormen een kap over een ruitvormige holte van de zich ontwikkelende hersenen die het vierde ventrikel wordt genoemd. De Purkinjecellen die zich later ontwikkelen zijn die van het middengedeelte van de kleine hersenen, de vermis. Zij ontwikkelen zich in het cerebellaire primordium dat de vierde ventrikel bedekt en onder een spleetvormig gebied dat de isthmus van de zich ontwikkelende hersenen wordt genoemd. Purkinjecellen migreren naar het buitenoppervlak van de cerebellaire cortex en vormen de Purkinjecellaag. De ontwikkeling van deze cellen is afhankelijk van verschillende eiwitten, zoals Early B-cel factor 2 en ROR-alfa, en een glycoproteïne genaamd Reelin. Reelin helpt bij de assemblage van Purkinjecellen langs een dikke structuur die de Purkinjeplaat wordt genoemd en vervolgens langs een enkele laag cellen in het cerebellum (Purkinjecellaag). Sonic Hedgehog-eiwitten spelen een rol bij de patroonvorming van het centrale zenuwstelsel. Onderzoek van Purkinje-cellen in muis- en kuikenembryo’s heeft aangetoond dat deze cellen door de productie van Sonic Hedgehog-eiwitten noodzakelijk zijn voor de groei en de patroonvorming van de kleine hersenen.

Purkinjecellen zijn gevoelig voor zowel genetische als omgevingsinvloeden die hun reguliere functies kunnen verstoren. Embryonaal onderzoek van de Ts65Dn-muizenstam, die een genetisch model is voor het syndroom van Down bij de mens (trisomie eenentwintig), toont aan dat de axonen van Purkinjecellen in de kleine hersenen van de muizen gedegenereerd zijn. Blootstelling van de foetus aan alcohol tijdens de embryonale groei kan de Purkinjecellen permanent vernietigen en leiden tot het foetaal alcoholsyndroom. Personen met autisme hebben kleinere Purkinjecellen dan normaal. Personen met minder dan normale hoeveelheden van deze cellen hebben vaak de ziekte van Niemann-Pick type C, een vetopslagziekte.