Promotie Franka Rang ‘Embryonale Epigenetica Ontcijferen: Innovatie en implementatie van single-cell techonologieën om epigenetische regulatie in embryonale ontwikkeling te bestuderen’

Iedere cel in ons lichaam bevat hetzelfde DNA, de genetische code die dient als blauwdruk om de eiwitten te maken die nodig zijn voor celfuncties. Hoewel alle cellen hetzelfde DNA hebben, zien ze er anders uit en vervullen ze verschillende functies doordat alleen specifieke delen van hun DNA te gebruiken, via een process dat genexpressieDe activiteit van een gen of genen. De combinatie van actieve genen in een cel bepaalt onder andere de functie, vorm en grootte van de cel. heet. De genexpressie wordt gereguleerd door het epigenoom, een extra laag aan informatie die bepaalt welke delen van het DNA (in)actief zijn, zonder het DNA zelf te veranderen. Dit wordt bereikt door interacties tussen DNA en regulerende eiwitten, ook wel eiwit-DNA interacties genoemd. Zulke epigenetische mechanismen zijn in het bijzonder belangrijk tijdens de embryonale ontwikkeling. Via epigenetische regulatie kan het embryo ontwikkelen van een enkele cel tot een complex organisme dat bestaat uit veel verschillende celtypes. Om embryonale ontwikkeling beter te begrijpen is het daarom van groot belang dat we begrijpen hoe het epigenoom de genexpressie reguleert.

Epigenetische regulatie meten in individuele cellen

Tijdens haar promotieonderzoek ontwikkelden Rang en haar collega’s een innovatieve techniek, genaamd scDam&T-seq. Met deze techniek kunnen ze zowel interacties tussen eiwitten en het DNA als genexpressie meten in individuele cellen. Het is belangrijk om dit te meten in individuele cellen omdat genregulatie voor iedere cel anders is. Rang zegt: “Door dit in individuele cellen te doen, kunnen we de interacties tussen eiwitten en het DNA direct in verband brengen met genexpressie.” Rang en collega’s breidden deze techniek vervolgens uit om ook aanpassingen te detecteren aan specifieke eiwitten genaamd histonenEiwitten in de celkern waar het DNA omheen is gewonden. Op deze manier past al het DNA in de celkern. Door aanpassingen aan de histonen wordt het DNA strakker of losser gewonden, waardoor de genen op die plek wel of niet afgelezen kunnen worden..  Deze aanpassingen heten histonmodificaties en spelen een belangrijke rol bij epigenetische regulatie. Deze technologische uitbreiding heet EpiDamID.

Epigenetische staat bepaalt de organisatie van het genoom

Beide technieken creëren nieuwe mogelijkheden voor onderzoek. Rang zelf kon deze technieken bijvoorbeeld gebruiken om de rol van genoomorganisatie tijdens de embryonale ontwikkeling te onderzoeken. Rang legt uit: “De ruimtelijke organisatie van het genoomDe complete set DNA of genetisch materiaal in een cel. van vroege muisembryo’s is zeer variabel en dat is een uniek aspect van het genoom tijdens de vroege ontwikkeling”. Door gebruik te maken van scDam&T-seq en EpiDamID, kon Rang vaststellen dat de grote variatie in genoomorganisatie tussen embryo’s het gevolg is van embryospecifieke patronen van histonmodificaties. Deze bevindingen dragen bij aan ons begrip van het proces van vroege ontwikkeling, wat ons ook iets kan leren over ontwikkelingsstoornissen. Waarschijnlijk kan de relatie tussen epigenetica en ruimtelijke genoomorganisatie ook worden vertaald naar andere biologische systemen, en deze bevindingen kunnen daarom helpen bij het aanpakken van ziektes met een epigenetische component, zoals kanker.

Het belang van fijne collega’s

Rang heeft het fijn gehad gedurende haar tijd op het Hubrecht Instituut. Ze was erg blij met haar collega’s, die ze omschrijft als ‘geweldig’. Vooral de labuitjes met de Kind Groep waren een hoogtepunt tijdens haar PhD jaren. Het is dan ook niet verwonderlijk dat ze het thuiswerken in de COVID-periode erg lastig vond, omdat ze in die tijd haar collega’s niet kon zien. Het publicatieproces vond Rang soms tergend langzaam gaan, dus Rang kan echt trots zijn op haar publicaties, waar ze met behulp van haar collega’s Kim, Sandra en Isabel hard aan heeft gewerkt.

Neem de controle over je eigen onderzoek

Rang heeft een waardevol advies voor andere promovendi: “Je hebt meer invloed op je onderzoek dat je denkt: Doe niet alleen wat je denkt dat anderen willen, maar denk ook aan je eigen ideeën, doelen en planning en communiceer deze duidelijk”. Ze wil promovendi ook behoeden voor een mogelijke “formatteringsnachtmerrie” door ze op het hart te drukken om alle bestanden die worden aangemaakt tijdens het publicatieproces van publicaties en hoofdstukken, goed op te slaan.