Cellen met meerdere kernen evolutionair gunstig voor rondwormen

Cellen dragen over het algemeen twee kopieën van het DNA in hun kern. Sommige cellen bevatten echter meer dan twee kopieën van het genetisch materiaal en worden polyploïde cellen genoemd. Polyploïde cellen spelen onder meer een belangrijke rol bij het reguleren van de grootte van organen en het metabolisme. Interessant genoeg bestaan er meerdere soorten polyploïdieën. Sommige polyploïde cellen bevatten een (vaak gigantische) kern waarin ze alle kopieën van het DNA dragen – zogenoemde enkelkernige cellen. In andere cellen zijn de DNA-kopieën verdeeld over meerdere kernen, deze cellen worden daarom meerkernige cellen genoemd. Toch was het functionele verschil tussen enkel- en meerkernige cellen tot nu toe onbekend.

Meerdere kernen

Onderzoekers van de groep van Matilde Galli gebruikten de rondworm C. elegans om dieren te vergelijken die enkel- of tweekernige darmcellen hebben, maar dezelfde totale hoeveelheid DNA per cel. Ze ontdekten dat wormen met alleen enkelkernige darmcellen evolutionair gezien minder fit zijn: ze produceren op lange termijn minder nakomelingen. “Het blijkt dat sommige genen niet volledig tot expressie Genexpressie gaat over de activiteit van een gen. De combinatie van actieve genen in een cel bepaalt onder andere de functie, vorm en grootte van de cel. kunnen komen in cellen met een grote kern in plaats van meerdere kernen, zelfs als het totale aantal DNA-kopieën gelijk is,” vertelt Galli.

Belangrijke voedingsstoffen

De wormen zonder meerkernige cellen zijn minder goed in het uitlezen van zogenoemde vitellogenin-genen. Deze genen bevatten het recept voor de productie van dooiereiwitten, die dienen als belangrijke voedingsstof voor het nageslacht. De nakomelingen van dieren met enkelkernige cellen erven minder dooiereiwitten en zijn minder fit. “Het is bijzonder dat zo’n klein verschil – een cel die een kern heeft in plaats van meerdere, maar dezelfde hoeveelheid DNA – een nadelig gevolg kan hebben voor fitheid,” zegt Galli.

Ontwikkeling van weefsel

De studie, nu gepubliceerd in PLoS Biology, is de eerste die enkel- en meerkernige polyploïde cellen direct vergelijkt. Het draagt bij aan het begrip van de functie van polyploïde cellen, die veelvuldig voorkomen en belangrijke functies hebben in bijvoorbeeld het teruggroeien van weefsel en bij reacties op schade. Ze zijn wijdverbreid in het hart, de lever en de placenta van zoogdieren. “Door het wijdverbreide voorkomen van meerkernige cellen in zowel gezond als ziek weefsel, geloven we dat onze bevindingen van belang zijn om te kunnen begrijpen hoe weefsel ontwikkelt,” concludeert Galli.

Publicatie

Endomitosis controls tissue-specific gene expression during development. Lotte M van Rijnberk, Ramon Barrull-Mascaró, Reinier L van der Palen, Erik S Schild, Hendrik C Korswagen, Matilde Galli. PLoS Biology, 2022.