Veelgebruikte onderzoeksmethode induceert de expressie van stress-genen

Onderzoekers uit de Van Oudenaarden en de Robin groep hebben ontdekt dat een veelgebruikte onderzoeksmethode een stress-reactie veroorzaakt in een deel van de cellen. Dit werd opgemerkt toen de wetenschappers een nieuwe techniek, genaamd single cell sequencing, voor het eerst toepasten op spierstamcellen. De stress-reactie verandert de genexpressie (hoe sterk genen ‘aan’ staan) in een deel van de bestudeerde cellen. Een belangrijk gevolg van deze ontdekking is dat metingen van genexpressie die in het verleden gedaan zijn een beetje gecorrigeerd moeten worden en anders geïnterpreteerd moeten worden. Deze resultaten zijn op 28 september 2017 gepubliceerd in het vaktijdschrift Nature Methods.

Spierstamcellen

Spieren van volwassenen bevatten stamcellen. Deze stamcellen zijn normaal gesproken, in een gezonde en niet beschadigde spier, niet actief. Pas na een beschadiging van de spier worden de spierstamcellen actief, waarna ze de beschadiging repareren. Deze spierstamcellen zijn dus essentieel voor de reparatie van een spier na een ongeluk of na intensief sporten. Als de spierstamcellen niet functioneel zijn leidt dat tot verschillende spierziekten.

Gen-activiteit in individuele cellen

Het menselijk lichaam bestaat uit biljoenen cellen. De genexpressie van al deze cellen is verschillend, en afhankelijk van het type cel. De Van Oudenaarden groep is gespecialiseerd in het meten van genexpressie in individuele cellen, en probeert zo meer te weten te komen over de eigenschappen van die cellen. In de huidige studie hebben de onderzoekers de genexpressie in spierstamcellen onderzocht.

Cellen ‘gestrest’ tijdens experiment

Om de genexpressie in individuele cellen te meten, moeten die eerst uit het orgaan worden geïsoleerd. De techniek hiervoor (cel-isolatie; een combinatie van dissociatie en FACS) wordt al jaren gebruikt om cellen te verkrijgen uit een weefsel. De auteurs hebben deze techniek gebruikt om individuele spierstamcellen te isoleren en de genexpressie hierin te bestuderen. Ze ontdekten hierbij iets onverwachts: in een deel van de cellen waren heel veel genen actief die te maken hebben met stress (onder andere immediate early genen zoals Fos en Jun en heat shock genen). Na verder onderzoek met behulp van microscopie hebben de auteurs vervolgens aangetoond dat deze stress-genen actief werden als gevolg van de cel-isolatiemethode en dat ze niet ‘aan’ staan zolang de cellen zich nog in de spier bevinden.

Belang voor onderzoek

Deze resultaten tonen aan dat de cel-isolatiemethode ervoor kan zorgen dat cellen gestresst raken en de daarbij behorende stress-genen ‘aan’ zetten. Dit is van belang voor onderzoek naar genexpressie, omdat deze cel-isolatiemethode veel gebruikt wordt in dit soort onderzoek. Alexander van Oudenaarden: “We hebben vergelijkbare cel-populaties waarin de stress-genen ‘aan’ staan gezien in onder andere de alvleesklier en in de staart van zebravissen. Dit suggereert dat we een algemeen effect ontdekt hebben van de cel-isolatiemethode, en wetenschappers die deze techniek gebruiken moeten hier dus rekening mee houden”. Susanne van den Brink: “Inmiddels hebben we twee verschillende manieren gevonden waarop de gestresste spierstamcellen verwijderd kunnen worden voordat de metingen gedaan worden. Deze oplossingen moeten in de komende jaren verder uitgewerkt worden”. Deze ontdekking betekent ook dat metingen uit eerdere studies wellicht gecorrigeerd moeten worden. Het gaat dan gelukkig om kleine correcties, omdat maar een klein deel van de cellen een stress-reactie laat zien.

Biologische verklaring

De onderzoekers hebben ook een biologische verklaring gevonden voor hun bevindingen. Susanne van den Brink: “Een spierbeschadiging activeert precies dezelfde stress-genen als de cel-isolatiemethode. Het lijkt er dus op dat de stamcellen ‘denken’ dat de spier beschadigd is en daarom op deze manier reageren op het moment dat ze door ons uit de spier geïsoleerd worden”.

Prof. dr. ir. Alexander van Oudenaarden is directeur en groepsleider bij het Hubrecht Instituut (KNAW) dat nauw samenwerkt met het UMC Utrecht. Hij is hoogleraar Quantitative Biology of Gene Regulation aan de Faculteit Bètawetenschappen en de Faculteit Geneeskunde van de Universiteit Utrecht.

Dr. Catherine Robin is groepsleider aan het Hubrecht Instituut en is ook geaffilieerd met het UMC Utrecht.

Single-cell sequencing reveals dissociation-induced gene expression in tissue subpopulations

Susanne C van den Brink, Fanny Sage, Ábel Vértesy, Bastiaan Spanjaard, Josi Peterson-Maduro, Chloé S Baron, Catherine Robin & Alexander van Oudenaarde. Nature Methods 2017.