Promotie Maria Florescu: “Innovatieve technologieën om celhistorie en epigenetische modificaties in enkele cellen te onthullen”

Elke cel in het menselijk lichaam heeft een verleden, heden en toekomst. Tijdens elk van deze fases maken cellen dingen mee die invloed hebben op hun biomoleculen, zoals hun DNA. De geschiedenis van een cel kan bijvoorbeeld worden gedocumenteerd in de vorm van kleine veranderingen in het DNA. De cel geeft deze veranderingen door aan al zijn nakomelingen. Om de toekomst van een bepaalde cel te voorspellen, is het nuttig om naar zowel de geschiedenis als het heden van de cel te kijken. Onderzoekers gebruiken zogeheten sequencing technologieën om biomoleculen te meten.

Barcode

CRISPR-Cas9 is een geavanceerde technologie die biomoleculen zoals DNA kan veranderen. Het knipt het DNA in tweeën, waarbij er beschadigingen ontstaan aan omliggende nucleotiden – de bouwstenen van DNA. Wanneer het DNA zichzelf vervolgens repareert, vervangt het de beschadigde nucleotiden door nieuwe. Dit proces laat een litteken, of ‘barcode’, achter in het DNA. De cel geeft deze barcode door aan al zijn nakomelingen. Tijdens haar promotietraject, gebruikte Florescu samen met haar collega’s de CRISPR-Cas9 technologie om zulke barcodes mee te geven aan een groot aantal cellen in zebravisembryo’s. Zodra de embryo’s waren uitgegroeid tot volwassen zebravissen, scanden zij de cellen van verschillende organen om de barcodes terug te vinden. Op deze manier konden zij de afstamming – of geschiedenis – van de cellen in zebravissen achterhalen.

Identiteit van cellen

Naast het achterhalen van de geschiedenis van cellen, is het ook waardevol om hun huidige identiteit te onderzoeken. Met dit doel voor ogen, ontwikkelden Florescu en haar collega’s een nieuwe technologie genaamd ScarTrace. Deze techniek combineert het scannen van barcodes die zijn achtergelaten door CRISPR-Cas9 met sequencing technologie. De onderzoekers introduceerden nogmaals barcodes in een groot aantal cellen in zebravisembryos. Met gebruik van ScarTrace, waren zij een van de eersten die met slechts één techniek zowel de geschiedenis als de huidige identiteit van cellen konden bestuderen.

Histonmodificaties

Het DNA in cellen is om zogeheten histoncomplexen gewonden. Een histoncomplex is een groep eiwitten die het DNA ordent. Hoe het DNA om deze complexen heen is gewikkeld bepaalt welke genen actief zijn en welke niet. Maar er kunnen ook veranderingen plaatsvinden in de winding van het DNA om histoncomplexen: dit noemen we histonmodificaties. Onderzoekers uit de van Oudenaarden groep ontwikkelden eerder al een technologie genaamd scChIC-seq waarmee één zo’n histonmodificatie per cel gemeten kan worden. Als onderdeel van haar promotie, breidde Florescu samen met haar collega’s de capaciteit van deze technologie – die ze nu scChIX noemen – uit. Hiermee maken ze het mogelijk om niet één maar twee histonmodificatie per cel te bekijken.

Embryonaal onderzoek

Met haar proefschrift introduceert Florescu twee waardevolle nieuwe technieken die gebruikt kunnen worden voor embryonaal onderzoek. Ook beschrijft zij de uitdagingen en mogelijkheden die deze technieken met zich mee brengen.