Hoe meten cellen tijd? NWO ENW-XL subsidie voor consortium met drie Hubrecht-onderzoekers.

Terug naar nieuws

Een groep onderzoekers van het Hubrecht Instituut, AMOLF, TU Delft en ENS Paris heeft van NWO een ENW-XL beurs van 2,7 miljoen euro ontvangen om te bestuderen hoe cellen tijd meten. Dit onderzoek brengt experts uit verschillende vakgebieden samen, waaronder Rik Korswagen, Jacques Bothma en Alexander van Oudenaarden van het Hubrecht Instituut.

Tijdens de ontwikkeling van een embryo moet iedere cel op precies het juiste moment delen en zijn specifieke rol aannemen. In de hersenen is het bijvoorbeeld belangrijk dat bepaalde typen zenuwcellen eerder gevormd worden dan anderen. Zelfs op latere leeftijd, zoals bij de start van de puberteit, blijkt dat het lichaam een manier heeft om tijd te registreren. Maar hoe werkt dat op celniveau? “We weten dat tijd een cruciale rol speelt in ontwikkeling, maar hoe cellen de tijd bijhouden, is grotendeels onbekend, vooral omdat deze processen in de meeste typen embryo’s moeilijk te volgen zijn” zegt ontwikkelingsbioloog Rik Korswagen.

Cellen met een stopwatch

Om dit te ontrafelen, gebruiken de onderzoekers de simpele rondworm C. elegans. Dit dier heeft een doorzichtig lichaam dat bestaat uit slechts 959 cellen. Hierdoor kunnen onderzoekers de ontwikkeling van individuele cellen goed volgen. De groep van Korswagen ontdekte dat een verplaatsende cel in een groeiende worm heel precies weet wanneer hij moet stoppen met bewegen. Deze plek vinden ze niet door een moleculair stopbord op de eindbestemming, maar simpelweg doordat ze weten dat de tijd om is. Hoe deze interne stopwatch werkt, willen de onderzoekers nu verder ontrafelen.

Expressie van het timingseiwit LIN-39 (groen) in C. elegans. Credit: Lucia Garcia del Valle Martinez, Copyright: Hubrecht Institute

De onderzoekers vermoeden dat cellen tijd meten via eiwitgradiënten—geleidelijke veranderingen in de concentratie van regelgevende eiwitten. Cellen zouden pas een proces starten wanneer een bepaald eiwit een kritische waarde bereikt. Maar omdat eiwitten van nature fluctueren, is het onduidelijk hoe cellen daarmee een precies tijdsmechanisme kunnen handhaven.

Een interdisciplinaire samenwerking

Om deze fundamentele vraag te beantwoorden bundelen biologen, natuurkundigen en wiskundigen hun krachten. Door nieuwe biologische technieken en theoretische concepten uit de natuurkunde toe te passen kunnen ze de timing van cellen te bestuderen in C. elegans.

“Wij kunnen met experimenten veel ontdekken, maar zonder de modellen en technieken van onze collega’s zouden we nooit achterhalen hoe cellen zo’n precieze klok kunnen bouwen en aflezen,” zegt Korswagen. “De kracht van dit consortium is dat opeenvolgende cycli van experimenten, data-analyse en wiskundige modellen elkaar continue versterken.”

Door verschillende disciplines te combineren, zoals het precies meten van de dynamiek van genexpressie (Jacques Bothma), het bepalen waar regelgevende eiwitten binden in het genoom (Alexander van Oudenaarden), hoe perturbaties het systeem beïnvloeden (Marie-Anne Felix) en het bouwen van wiskundige modellen (Marianne Bauer en Jeroen van Zon), hopen de onderzoekers antwoord te krijgen op de grote vraag: Hoe meten cellen de tijd? Een beter begrip van de mechanismen waarmee cellen tijd meten is cruciaal voor toepassingen in regeneratieve geneeskunde en belangrijk voor ons inzicht in het ontstaan van geboortedefecten en andere ziekten.

Het team

Dr. J.S. van Zon (AMOLF), Dr. M.S. (Marianne) Bauer (TU Delft), Prof. Dr. A. (Alexander) van Oudenaarden (Hubrecht Institute), Prof. Dr. H.C. (Rik) Korswagen (Hubrecht Institute), Dr. J.P. (Jacques) Bothma (Hubrecht Institute), Prof. Dr. M.-A. (Marie-Anne) Félix (ENS Paris)