"Hoeveel verschillende celtypes zijn er in een menselijk lichaam? En hoe ontstaan ​​die verschillen? Niemand weet het echt, " zegt professor Stein Aerts van de KU Leuven (Universiteit Leuven) en VIB, België. Maar dankzij een nieuwe methode ontwikkeld door zijn team, dat gaat misschien veranderen.

Hoewel elk van de cellen in ons lichaam exact dezelfde DNA-sequentie draagt, er is een enorme verscheidenheid aan celtypes en functies. Deze verschillen komen voort uit de interpretatie van de DNA-sequentie:niet alle genen staan ​​in elke cel 'aan'.

Recente ontwikkelingen in single-cell sequencing hebben het al mogelijk gemaakt om te meten welke van onze 20, 000 genen zijn actief in een individuele cel. Met meer dan 30 biljoen cellen in het menselijk lichaam, deze technieken bieden een ongekend detailniveau dat een revolutie teweegbrengt in het onderzoek in biologie en geneeskunde. Maar wanneer deze methode wordt toegepast op duizenden cellen uit verschillende weefsels, het wordt een steeds grotere uitdaging om de enorme hoeveelheden data te verwerken en betekenisvolle patronen te ontdekken.

Computerbioloog Stein Aerts (KU Leuven en VIB) en zijn team sloegen de handen ineen met wiskundigen, bio-ingenieurs, en IT-specialisten om de uitdaging aan te gaan. "We hebben SCENIC ontwikkeld, een computerprogramma dat verschillende celtypes identificeert op basis van hun genexpressiepatronen, snel en nauwkeurig. Dit zorgt voor een beter begrip van hoe het lot van de celtypen wordt gereguleerd, en voor de identificatie van hoofdregelgevers, die ook potentiële doelwitten voor geneesmiddelen kunnen zijn."

"Deze nieuwe methode helpt ons niet alleen om meer te weten te komen over de verschillende cellen in ons lichaam, ", zegt postdoctoraal onderzoeker Sara Aibar Santos. "Het vertelt ons ook hoe celactiviteit in de loop van de tijd verandert, of wanneer we ziek worden."

Het team heeft de methode al toegepast op hersenweefsel van muizen en mensen. Ze gebruikten het ook om kankercellen van hersen- en huidtumoren te analyseren en te vergelijken, wat leidde tot de identificatie van nieuwe celtypen gerelateerd aan metastase, de verspreiding van kankercellen naar andere delen van het lichaam.

De methode zou kunnen helpen bij het ontwikkelen van de Human Cell Atlas, een wereldwijde inspanning gericht op het in kaart brengen van alle verschillende celtypes en toestanden in het menselijk lichaam. "Deze atlas zou een onschatbare bron van informatie zijn voor zowel onderzoek als geneeskunde, " Aibar Santos gaat verder. "Het zou ons in staat stellen om systematisch de biologische veranderingen te bestuderen die verband houden met verschillende ziekten, om te begrijpen waar ziektegerelateerde genen actief zijn in ons lichaam, analyseer de moleculaire mechanismen die de productie en activiteit van verschillende celtypes regelen, en uitzoeken hoe verschillende celtypen combineren en samenwerken om weefsels te vormen."