De Robin groep onderzoekt de cellulaire en moleculaire mechanismen achter de productie en expansie van hematopoiëtische stamcellen tijdens de embryonale ontwikkeling.

Afbeelding 1. Intra-aortische hematopoëtische clusters bij de endotheellaag van een muizenaorta (oranje: CD31).

Hematopoëtische Stamcellen (HSCs) zijn zelfvernieuwende multipotente cellen die alle bloedceltypes produceren gedurende het gehele leven. Daarom zijn ze het enige celtype dat gebruikt kan worden om het beenmerg aan te vullen in patiënten met bloedgerelateerde stoornissen. Een grote uitdaging in het veld van stamcelonderzoek is om grote hoeveelheden van deze zeldzame cellen te genereren in vitro voor onderzoek en klinisch gebruik. Dit is op dit moment nog extreem moeilijk, omdat niet alle stappen die leiden tot HSC generatie in vivo al zijn opgehelderd. Het algemene doel van het lab is om de cellulaire en moleculaire gebeurtenissen die leiden tot HSC productie en expansie tijdens de embryonale ontwikkeling te verhelderen. We focussen ons vooral op het begrijpen van de oorsprong van HSCs tijdens de embryonale ontwikkeling, de mechanismen die betrokken zijn bij het genereren en expanderen van HSCs, de samenstelling en functie van de verschillende HSC niches tijdens maturatie, en de cellulaire en moleculaire kenmerken van HSCs en hun voorlopers.

Afbeelding 2: Scanning-elektronenmicroscopische afbeelding van een intra-aortische hematopoëtische cluster. Samenwerking met dr. M. Mommaas en J. Onderwater, LUMC.

Cellulaire en moleculaire karakterisatie van hematopoëtische stamcellen (HSC’s) en hun voorlopers

Alle HSC’s worden gegenereerd tijdens de embryonale ontwikkeling uit gespecialiseerde endotheelcellen met een hemogeen potentieel. Wij en anderen hebben aangetoond dat hemogene endotheelcellen aanwezig zijn in de aorta, waar zij in de aorta hematopoëtische clusters (IAHC’s) aanmaken waarin zeer weinig HSC’s zitten. Daarom is de identiteit van de meeste IAHC-cellen onbekend. We zijn geïnteresseerd in het identificeren van alle celtypen die aanwezig zijn in IAHC’s en het ophelderen van de opeenvolgende stappen die leiden tot IAHC- en HSC-vorming, op cellulair en moleculair niveau.

Deze korte film laat de transitie zien van een hemogene endotheelcel naar een hematopoietische stam-/voorlopercel in de aorta van een muizenembryo (groen: Ly6A, rood: CD31)

Biomechanica van HSC-vorming

Ons onderzoek is gericht op het blootleggen van de essentiële factoren die de embryonale HSC-productie reguleren. Op muizenembryonale dag (E) 10,5 maken HSC’s deel uit van intra-aortische hematopoietische clusters (IAHC’s) die nauw zijn verbonden met het endotheel van de aorta. We hebben onlangs een nieuwe experimentele beeldopbouw opgezet om de dynamische vorming van HSC’s direct in de aorta van het muizenembryo te tonen. Tijdens de endotheel naar hematopoietische overgang (EHT) observeerden we sterke celbewegingen en modificaties aan het oppervlaktemembraan, wat belangrijke rollen voor celadhesiemoleculen en microtubulus (MT) cytoskeletherschikking benadrukt. We willen de basisbiomechanica van embryonale HSC-formatie begrijpen met de nadruk op MT-regulatoire eiwitten. Deze eiwitten zijn vooral betrokken bij de regulering van de celpolariteit, (asymmetrische) celdeling, adhesie en migratie. Nieuwe transgene muislijnen zullen ook worden gegenereerd om de IAHC-vorming in het muizenembryo te bestuderen.

Afbeelding 3. Confocaal microscopiebeeld van een kippenembryo (rood: MEP21, blauw: Runx1, groen: CD45)

Rol en karakterisatie van de hematopoietische stamcellen niches tijdens de embryonale ontwikkeling

Het ontstaan van HSC’s komt vooral voor in het ventrale aspect van de embryo-aorta (zebravis, kip, muis en mens) en wordt qua tijd en ruimte strak gereguleerd door regulerende signalen die de omringende micro-omgeving uitzendt. De precieze, specifieke en goed gedefinieerde lokalisatie van HSC-opkomst in de aorta’s van de bovengenoemde soorten maakt al deze modellen krachtige hulpmiddelen om de moleculaire signalen uit de omringende weefsels te triggeren en de hematopoietische activiteit te beperken tot specifieke gebieden. Met behulp van moderne technologie willen we genen ontcijferen die (differentieel) tot expressie komen in specifieke regio’s van de aorta tijdens HSC-generatie. Het vergelijken van alle soorten zal ook de geconserveerde moleculaire routes blootleggen die betrokken zijn bij de regulatie van de eerste HSC die wordt gegenereerd tijdens de embryonale ontwikkeling.

Herkomst van hematopoietische stamcellen (HSC’s)

De anatomische locatie van de oorsprong van HSC’s blijft controversieel bij zoogdieren, omdat het bloed al circuleert wanneer HSC’s kunnen worden gedetecteerd (wat kan leiden tot cel-uitwisseling tussen weefsels). Om deze fundamentele vraag op te lossen, zijn we momenteel bezig met de ontwikkeling van een nieuwe in vivo-test voor het detecteren van deze cellen bij embryo’s.