Genen in embryonale stamcel staan op pauze

Genen in embryonale stamcellen zijn niet actief, maar staan op pauze. Klaar om snel in actie te komen, mocht dat nodig zijn. Dat blijkt uit onderzoek van moleculair bioloog Hendrik Marks en zijn collega’s van de Radboud Universiteit Nijmegen. Hun studie verschijnt deze week in het toptijdschrift Cell.

door

Embryonale stamcellen werden tot nu toe veelal gekweekt in serum, meestal afkomstig van kalveren”, vertelt Marks. “Bij stamcellen die op die manier gekweekt zijn, worden vaak veel genen gedetecteerd. Daaruit is het model ontstaan dat genen in embryonale stamcellen allemaal actief zijn. Als de stamcel zich dan gaat specialiseren hoeven er alleen genen uitgezet te worden die niet langer nodig zijn.”

Celdelingsgen

Maar in serum groeien stamcellen niet onder ideale omstandigheden. “Serum is iedere keer net iets anders van samenstelling waardoor je nooit precies weet wat erin zit. Bovendien bevat serum vaak allerlei groeifactoren die stamcellen er toe aan kunnen zetten om zich te specialiseren. We denken dat je door het kweken in serum niet kijkt naar pure stamcellen, maar naar stamcellen die al een beetje gedifferentieerd zijn”, gaat Marks verder.

Stamcellen_serum

Embryonale stamcellen gekweekt in serum van kalveren. Marks e.a. Cell

De Nijmegenaren hebben embryonale stamcellen van muizen nu laten groeien in een nieuw soort medium, waarvan precies bekend is wat erin zit. Het medium bevat twee remmende stofjes die verschillende signaalroutes in de cel stilleggen en er zo voor zorgen dat de stamcellen zich niet gaan specialiseren. Marks en zijn collega’s hebben bij deze stamcellen gekeken naar genexpressie en naar de eiwitten die aan het DNA gebonden zitten.

“Een intrigerend resultaat is dat c-myc in deze embryonale stamcellen bijna afwezig is”, laat Marks weten. “Waarom dat zo intrigerend is? c-myc is een belangrijk celdelingsgen dat bijvoorbeeld in kankerweefsel vaak hoog tot expressie komt, en er aan bijdraagt dat kankercellen snel kunnen delen. Stamcellen delen eveneens snel en het idee was dat zij daarvoor ook c-myc nodig hebben. Nu blijkt dat dus niet zo te zijn." Goed nieuws voor het ontwikkelen van een stamceltherapie tegen verschillende ziekten, want het is niet de bedoeling dat de stamcellen die daarvoor gebruikt gaan worden zich ontwikkelen tot kankercellen.

Onbeschreven DNA

Embryonale stamcellen hebben maar weinig actieve genen, maar veel belangrijke genen staan wel ‘klaar voor de start’. Marks: “Het enzym RNA polymerase zit al aan het DNA gebonden zodat het gen in een later stadium efficiënt tot expressie gebracht kan worden. Doordat de genen al klaar staan, kunnen ze bij een trigger snel reageren.” Overigens zitten er naast polymerase waarschijnlijk niet zoveel eiwitten aan het DNA van embryonale stamcellen gebonden. “Het DNA van volwassen cellen is zeer complex met allerlei eiwitten die aan het DNA gebonden zitten. Wij hebben één van die eiwitten bekeken en zagen dat het bijna niet aanwezig was op het DNA van de stamcellen”, zegt Marks. “We denken dan ook dat het DNA van embryonale stamcellen nog vrijwel onbeschreven is, een beeld dat goed past bij het feit dat deze cellen erg flexibel moeten zijn om allerlei verschillende celtypes te kunnen vormen.”

Stamcellen_2i

Embryonale stamcellen gekweekt in het nieuwe medium, waarvan precies bekend is wat erin zit. Je ziet dat de cellen gekweekt in dit medium er veel beter uitzien dan de cellen gekweekt in serum. Marks e.a. Cell

De resultaten van Marks en collega’s vormen een omslag in het begrip van de werking van stamcellen. Met het oog op stamceltherapie willen wetenschappers uiteindelijk achterhalen of de programmering van humane embryonale stamcellen hetzelfde werkt als bij muizen. Of Marks daar zelf ook onderzoek naar gaat doen, weet hij nog niet. Op dit moment wordt er in zijn lab niet gewerkt met menselijke embryonale stamcellen. “Het nieuwe medium dat wij nu gebruikt hebben voor muizencellen is een paar jaren geleden beschreven door de Britse professor Austin Smith. Er zijn al onderzoeksgroepen bezig om humane embryonale stamcellen te kweken in dat medium, maar daar zijn nog niet veel resultaten van bekend.” Nog even afwachten dus of de genen van menselijke embryonale stamcellen net als die van muizen op pauze staan.

Bron:

Hendrik Marks e.a. The transcriptional and epigenomic foundations of ground state pluripotency Cell 149 (1-15), 27 april 2012

Lees meer over stamcellen op Kennislink:

Meer over stamcelonderzoek op Wetenschap24: