211service.com
Huidcellen veranderd in hersencellen
Huidcellen die fibroblasten worden genoemd, kunnen volgens nieuw onderzoek snel en efficiënt worden omgezet in neuronen met slechts een paar genetische aanpassingen. De verrassend eenvoudige conversie, waarbij de cellen niet in een embryonale toestand hoeven te worden teruggebracht, suggereert dat gedifferentieerde volwassen cellen veel flexibeler zijn dan eerder werd gedacht.
Cellulaire transformatie: Een cocktail van drie genen kan huidcellen transformeren in neuronen (hier in rood weergegeven).
Als het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Natuur gisteren kan worden herhaald in menselijke cellen, zou het een eenvoudigere methode bieden voor het genereren van vervangende neuronen van individuele patiënten. Hersencellen afgeleid van een huidtransplantaat zouden genetisch identiek zijn aan de patiënt en daarom het risico op immuunafstoting wegnemen - een dergelijke benadering zou ooit kunnen worden gebruikt om Parkinson of andere neurodegeneratieve ziekten te behandelen.
Het is bijna eng om te zien hoe flexibel dit cellot is, zegt Marius Wernig , een bioloog aan het Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine in Stanford, die het onderzoek leidde. Je hebt maar een paar factoren nodig en binnen vier tot vijf dagen zie je tekenen van neuronale eigenschappen in deze cellen.
Drie jaar geleden hebben wetenschappers het stamcelveld door elkaar geschud door te demonstreren hoe volwassen cellen terug kunnen worden gebracht naar de embryonale staat, met behulp van slechts vier genetische factoren. Onderzoek naar deze cellen, bekend als geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPS-cellen), is sindsdien over de hele wereld geëxplodeerd. IPS-cellen kunnen worden gedifferentieerd in elk celtype en zijn veelbelovend voor het screenen van geneesmiddelen en weefselvervangingstherapieën. Wetenschappers proberen deze hernieuwde cellulaire flexibiliteit nu verder te stimuleren door volwassen cellen rechtstreeks van het ene type naar het andere om te zetten.
In 2008, Doug Melton , Qiao Zhou , en collega's van Harvard University toonden aan dat het mogelijk was om het ene type pancreascel om te zetten in een ander, een prestatie die ooit mensen met diabetes zou kunnen helpen. Het nieuwe onderzoek toont een meer dramatische transformatie aan: huidcellen worden omgezet in neuronen. Dit is vooral indrukwekkend omdat de afstamming van de twee soorten cellen zeer vroeg in de embryonale ontwikkeling uiteenloopt. (Eerder onderzoek heeft gesuggereerd dat neuronen kunnen worden gemaakt van spier- en beenmergcellen, maar het lot van de cellen aan het einde van het proces was duisterder.)
Om de krachtige moleculaire cocktail te creëren, begonnen wetenschappers met 20 genen waarvan bekend is dat ze een rol spelen bij neurale ontwikkeling en die alleen in de hersenen worden gevonden. Alle geselecteerde genen waren transcriptiefactoren, die aan DNA binden en de expressie van andere genen reguleren. Door virussen te gebruiken om elk gen af te leveren in huidcellen die in een schaaltje groeien, ontdekte het team dat één gen in het bijzonder de kracht had om de huidcellen om te zetten in wat leek op onvolgroeide neuronen. Na het testen van andere genen in combinatie met de actieve, vonden wetenschappers een combinatie van drie genen die huidcellen efficiënt en snel in neuronen konden omzetten.
De resulterende cellen vertonen alle kenmerken van neuronen - ze brengen neuronspecifieke genen tot expressie, ze hebben de karakteristieke vertakkingsvorm van neuronen en ze kunnen elektrisch actieve verbindingen vormen, zowel met elkaar als met reguliere neuronen die uit de hersenen zijn verzameld. Veel mensen dachten dat het onmogelijk zou zijn om cellen op deze manier te transformeren, zegt Zhou. Dat je ze zo snel en efficiënt kunt converteren is best verrassend.
Het team van Wernig probeert dit fenomeen nu te repliceren in menselijke cellen. Als we dat kunnen bereiken, opent het de deur naar hele onbekende gebieden, zegt hij. Dan kunnen we neuronen afleiden uit de huidcel van een patiënt, die het gecompliceerde iPS-celproces omzeilt. IPS-cellen kunnen lastig zijn om te groeien, en het proces duurt vier tot zes weken, zegt hij.
Het valt nog te bezien welke aanpak in verschillende situaties het beste werkt. Een voordeel van iPS-cellen is dat ze meer van zichzelf kunnen produceren, en dus oneindig en in grote hoeveelheden kunnen worden gekweekt, zegt Sheng Ding , een bioloog aan het Scripps Research Institute, in La Jolla, CA, die niet betrokken was bij het huidige onderzoek.
Het is ook nog niet precies duidelijk hoe de opmerkelijke transformatie die in het laatste werk wordt onthuld, plaatsvindt. Genetisch identieke cellen kunnen heel verschillende identiteiten hebben dankzij epigenetica, wat verwijst naar verschillende mechanismen die een cel heeft om zijn DNA te verpakken. Die verpakking regelt welke genen makkelijk toegankelijk en actief zijn in de cel, wat weer bepaalt of het een huidcel, een hartcel of een hersencel wordt.
In het algemeen denken wetenschappers dat de transcriptiefactoren die in verschillende herprogrammeringsrecepten worden gebruikt, deze DNA-verpakking veranderen. We hebben een echt epigenetisch en moleculair begrip van het mechanisme nodig om het systeem intelligenter te manipuleren, zegt Zhou.
De mechanismen die ten grondslag liggen aan directe herprogrammering kunnen complexer blijken te zijn dan bij herprogrammering van iPS-cellen. Het omzetten van volwassen cellen naar een embryonale toestand kan eenvoudigweg het strippen van epigenetische markers inhouden. Maar als je direct van de ene lichaamscel naar de andere herprogrammeert, kun je epigenetische kenmerken niet willekeurig verwijderen, zegt Zhou. Je moet wat verwijderen en wat toevoegen en veel intact houden. Herkennen wat je met rust moet laten en wat je moet veranderen, is de sleutel.
Voordat de technologie kan worden getest voor menselijke therapieën, zullen onderzoekers waarschijnlijk een combinatie van chemicaliën moeten vinden die dezelfde resultaten kunnen bereiken als de genen die in het onderzoek zijn gebruikt, omdat genetisch gemanipuleerde cellen enig risico op kanker kunnen inhouden (wetenschappers hebben dit al bereikt met iPS-cellen). Onderzoekers zullen ook moeten aantonen dat de cellen goed kunnen functioneren wanneer ze in de hersenen worden getransplanteerd. Wernig is nu van plan dit te testen bij muizen die zijn ontworpen om een ziekte te hebben die lijkt op de ziekte van Parkinson.
Het onderzoek zal waarschijnlijk ook aanleiding geven tot een heroverweging van het lot van de cel. Lange tijd werd gedacht dat epigenetische modificaties extreem stabiel waren, zegt Wernig. Vóór Dolly het schaap of iPS-cellen dachten mensen dat epigenetische modificaties onomkeerbaar waren - die, eenmaal ingesteld tijdens de ontwikkeling, niet meer te veranderen waren. Maar dit is absoluut niet waar.