Je leest:

Op weg naar de perfecte stamcel

Op weg naar de perfecte stamcel

Auteur: | 11 december 2014

Acht jaar geleden werd ontdekt dat gespecialiseerde cellen terug kunnen keren naar een stamcelstadium. Sindsdien doen veel wetenschappers dit trucje na, maar niemand weet eigenlijk hoe dat herprogrammeren van cellen precies in zijn werk gaat. Tot nu. Een internationaal onderzoeksteam heeft iedere stap in het proces in detail vastgelegd. Dat moet in de toekomst leiden tot het sneller en efficiënter kweken van stamcellen.

In 2006 ontdekte ontwikkelingsbioloog Shinya Yamanaka onverwachts dat volwassen huidcellen kunnen veranderen in stamcellen, ongespecialiseerde cellen die nog van alles kunnen worden. Die ontdekking was spectaculair, want voor die tijd dachten wetenschappers dat de ontwikkeling maar één kant op gaat en dat eenmaal gespecialiseerde cellen dus nooit meer iets anders kunnen worden.

Stamcellen zijn uniek in dat ze “eeuwig” zichzelf kunnen dupliceren (self renewal, boven), maar ook kunnen veranderen in alle andere cellen (bv. hart-, long- en hersencellen) die in ons lichaam aanwezig zijn (differentiation, onder).
Andrew Corso & Mira C. Puri, Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, Toronto

De hele wereld over

De methode die Yamanaka destijds gebruikte is helaas niet zo snel. Het duurt gemiddeld twintig dagen om vanuit gespecialiseerde huidcellen stamcellen te maken. Daarnaast is de herprogrammering totaal niet efficiënt. Maar een paar procent van de gebruikte huidcellen verandert daadwerkelijk in de gewenste stamcellen.

Wetenschappers proberen de methode te verbeteren en dat gebeurt op dit moment vooral proefondervindelijk. Wat gebeurt er als we een bepaald stofje weglaten of juist toevoegen aan de kweek? Stamcelonderzoeker Andras Nagy vond dat dit anders moest en zette een grootschalig onderzoek op. Nagy en zijn team kweekten stamcellen en stuurden die de hele wereld over. Ook naar Nederland, naar het lab van eiwit expert Albert Heck.

Stapsgewijs

“Ons lab is gespecialiseerd in onderzoek naar alle eiwitten in de cel”, vertelt Heck. “Tijdens het proces van herprogrammeren bekeken we iedere dag wat er gebeurt met al die eiwitten. Een onderzoeksteam uit Australië deed hetzelfde voor RNA en een onderzoeksteam uit Korea voor DNA-modificaties. Dit was nog nooit gedaan. Maar het is wel belangrijk, want het vertelt ons precies wat elk molecuul op elk tijdstip aan het doen is.”

Bij het omvormen van huidcellen in stamcellen doen bijna alle moleculen aanwezig in de cel mee; DNA, RNA en eiwitten. De samenwerking tussen al deze moleculen tijdens deze spectaculaire metamorfose is nu in kaart gebracht.
Andrew Corso & Mira C. Puri, Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, Toronto

Het onderzoek leidt deze week tot maar liefst vijf publicaties; twee in Nature en drie in Nature Communications. Naast alle technische details is er een opvallend resultaat dat Heck graag wil delen. “Het herprogrammeren van cellen gaat in golven. Er gebeurt iets dramatisch op dag 1, daarna is het een paar dagen rustig, dan gebeurt er weer wat dramatisch op dag 5, enzovoorts. Zo verandert een huidcel stapsgewijs in een stamcel.”

De F van fuzzy

Zoals gezegd verandert uiteindelijk maar een paar procent van de huidcellen in stamcellen. “Een groot gedeelte verandert naar een andere toestand, die we F-cellen hebben genoemd”, vertelt Heck. “F staat voor fuzzy, want in tegenstelling tot de stamcellen, die mooie klonten vormen, zien deze cellen er een beetje warrig uit. Toch voldoen de F-cellen aan vrij veel kenmerken van een echte stamcel. De opbrengst aan F-cellen is groot en misschien kunnen we ze wel verder herprogrammeren zodat het ook echte stamcellen worden.”

Stamcellen, gemaakt uit huidcellen, vormen een mooie klont (zie foto). F-cellen zien er warrig uit, maar hebben toch veel kenmerken van stamcellen.
Natuurinformatie

Van huidcel naar hartcel

De droom van iedere stamcelonderzoeker is dat stamcellen ooit therapeutisch gebruikt kunnen worden. Heck: “Het zou toch mooi zijn als je bij een beschadiging aan het hart vanuit stamcellen uit je eigen lichaam nieuwe hartcellen kunt maken. Maar dan is het wel belangrijk dat alle cellen die je bij de patiënt inbrengt ook echt worden wat je wilt dat ze worden. Je moet zeker weten dat de stamcellen niet veranderen in een ander soort cellen of, nog erger, tumorcellen.”

Dankzij het grootschalige onderzoek van Nagy en zijn consortium hoeven wetenschappers nu niet meer te gokken in hun zoektocht naar de perfecte stamcel. Ze kunnen nu gericht aan het werk. En misschien gaat het zelfs nog wel een stapje verder, denkt Heck. “We gaan nu van een huidcel naar een stamcel en dan naar een hartcel. Maar waarom maken we eigenlijk eerst een stamcel? Kunnen we vanuit een huidcel niet direct een hartcel maken? Dat moet lukken. Alle genen en eiwitten zijn immers aanwezig.”

Bronnen:

  • Jun Wu en Juan Carlos Izpisua Belmonte Stem cells: A designer’s guide to pluripotency Nature 516, 11 december 2014, doi:10.1038/516172a
  • Peter Tonge e.a. Divergent reprogramming routes lead to alternative stem-cell states Nature 516, 11 december 2014, doi:10.1038/nature14047
  • Samer Hussein e.a. Genome-wide characterization of the routes to pluripotency Nature 516, 11 december 2014, doi:10.1038/nature14046
  • Marco Benevento e.a. Proteome adaptation in cell reprogramming proceeds via distinct transcriptional networks Nature Communications 5, 10 december 2014, doi:10.1038/ncomms6613
  • Dong-Sung Lee e.a. An epigenomic roadmap to induced pluripotency reveals DNA methylation as a reprogramming modulator Nature Communications 5, 10 december 2014, doi:10.1038/ncomms6619
  • Jennifer Clancy e.a. Small RNA changes en route to distinct cellular states of induced pluripotency Nature Communications 5, 10 december 2014, doi:10.1038/ncomms6522
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 11 december 2014

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.