24 april 2019 Promotie Elke Roovers: kiemplasma condensaten en de PIWI-route Terug naar nieuws Elke Roovers, van de René Ketting groep, een onderzoeksgroep die voorheen onderdeel was van het Hubrecht Institute en zich tegenwoordig bevindt in het Institute of Molecular Biology in Mainz, Duitsland, heeft op 24 april met succes haar proefschrift verdedigd. Tijdens haar PhD bestudeerde Roovers twee verschillende processen die belangrijk zijn voor het ontstaan van de kiembaan, de groep cellen waaruit de geslachtscellen ontstaan: de PIWI-route, die belangrijk is voor het beschermen van het DNA in de kiemcellen, en het kiemplasma, een aggregaat van verschillende moleculen die belangrijk is voor het tot stand komen van de kiembaan. De mechanismes die de aggregatie van het kiemplasma reguleren kunnen ook belangrijk zijn voor de regulatie van andere soorten aggregaten, zoals de aggregaten die betrokken zijn bij het ontstaan van neurologische ziektes, zoals Alzheimer en Parkinson. Roover’s onderzoek naar deze processen is beschreven in haar proefschrift “Kiemplasma condensaten en de PIWI-route: maternale en zygotische elementen die de kiembaan vormgeven”. De synthese van piRNA Het DNA beschermen De kiembaan, de cellen die de geslachtscellen zullen vormen, komt tot stand tijdens de vroege embryonale ontwikkeling en moet veilig gehouden worden tot aan het moment van reproductie. Ons DNA bevat zogenaamde transposons, kleine stukjes DNA die zich kunnen verplaatsen binnen het DNA, of zichzelf kunnen kopiëren en vervolgens nestelen op een andere plek in het DNA. Je kunt je voorstellen dat het invoegen van zo’n transposon in een gen, of een regio in het DNA die de activiteit van een gen reguleert, erg schadelijk kan zijn voor de cel waarin dit gebeurt. Voor normale lichaamscellen heeft dit alleen invloed op die specifieke cel en de potentiële dochtercellen van die cel. Echter, als zoiets gebeurt in een kiemcel dan beïnvloedt dit de vruchtbaarheid en wellicht alle nakomelingen van het individu. Daarom is er in de kiemcellen een systeem dat ervoor zorgt dat de transposons zich niet kunnen verplaatsen of kopiëren: de PIWI-route (zie Figuur). De PIWI-route De PIWI-route maakt gebruik van PIWI-eiwitten en kleine RNA’s, zogenaamde piRNA’s, die samen de transposons inactief kunnen maken. Roovers gebruikte de zebravis om de functie van een specifiek eiwit dat betrokken is bij de PIWI-route te bestuderen. Dit eiwit blijkt betrokken te zijn bij het korter maken van de piRNA’s: de piRNA’s die in eerste instantie gemaakt worden zijn iets te lang en het door Roovers bestudeerde eiwit blijkt betrokken te zijn bij het op de goede lengte trimmen van de piRNA’s. Ondanks dat de PIWI-route geen grote rol lijkt te spelen in de eicellen van de muis, een organisme dat vaak wordt gebruikt als een model voor ontwikkeling bij de mens, suggereert het onderzoek van Roovers dat de PIWI-route wel een belangrijke rol speelt in andere zoogdieren, zoals koeien, makaken en mensen. Kiemplasma en neurologische ziektes Een ander onderwerp van het onderzoek van Roovers was de vorming van het kiemplasma in de eicellen van de zebravis (zie Figuur). Het kiemplasma wordt doorgegeven aan enkele van de dochtercellen in het embryo, die vervolgens de kiemcellen vormen. Het kiemplasma wordt niet omgeven door een membraan, maar is een verzameling, een aggregaat, van bepaalde eiwitten, RNA’s en andere moleculen. Dit aggregaat mengt zich niet met het cytoplasma, de celvloeistof, er omheen, zoals een druppel olie in water. Een eiwit dat betrokken is bij de vorming van het kiemplasma, Bucky ball, bevat een prion-achtig gedeelte. Prionen zijn eiwitten die zo sterk kunnen aggregeren dat ze andere eiwitten aanzetten zich ook te aggregeren. Dit kan onder bepaalde omstandigheden leiden tot een verminderde functie van de cel, en zelfs tot celdood, bijvoorbeeld in neurologische ziekten zoals Alzheimer en Parkinson. Daarom kan het bestuderen van de regulatie van het kiemplasma ook nieuwe inzichten opleveren over de totstandkoming van de schadelijke aggregaten bij neurologische ziekten, en ons zelfs leren hoe we deze aggregaten wellicht kunnen manipuleren of zelfs terugdraaien. Vorming van het kiemplasma in de eicel van de zebravis Nieuwe eiwitten Tijdens haar PhD identificeerde Roovers nieuwe eiwitten die een interactie aangaan met Bucky ball, een van de eiwitten betrokken bij de vorming van het kiemplasma. Deze eiwitten bevinden zich op dezelfde plaats in de cel als Bucky ball, en sommige van de gevonden eiwitten bevatten ook een prion-achtig gedeelte. Dit suggereert dat deze eiwitten wellicht een rol spelen in de vorming van het kiemplasma, en misschien ook andere aggregaten. Elke Roovers begon haar PhD aan het Hubrecht Institute in Utrecht, in de groep van René Ketting. Toen zijn onderzoeksgroep verhuisde naar het Institute of Molecular Biology in Mainz verhuisde Roovers mee naar het buurland om haar onderzoek daar voort te zetten. Nu haar PhD voltooid is zal ze terugverhuizen naar het Hubrecht Institute, waar ze start met een post-doc in de groep van Kerstin Barscherer. Hier zal ze de fundamentele mechanismen die betrokken zijn bij regeneratie bestuderen in de platworm Schmidtea mediterranea, die bekendstaat om zijn wonderbaarlijke vermogen om binnen een paar dagen zijn hele lichaam te regenereren vanuit bijna elk stukje van het originele individu. René Ketting is voormalig groepsleider van het Hubrecht Institute en is op dit moment groepsleider en Wetenschappelijk Directeur van het Institute of Molecular Biology in Mainz – Duitsland, en professor aan de Johannes Gutenberg Universiteit in Mainz. Banner: Kiemplasma in de eicel van de zebravis.
