Embryonale stamcellen hebben het opmerkelijke vermogen om zich tot elk type cel te ontwikkelen. Op weg om bijvoorbeeld een lever- of hartcel te worden, ze moeten herhaaldelijk kiezen tussen alternatieve ontwikkelingspaden. Hoe ze deze beslissingen nemen, is grotendeels onbekend. Een internationaal team van biofysici heeft het besluitvormingsproces nu tot in ongekend detail in kaart gebracht. kijken naar de cellen terwijl ze een beslissing nemen. publicatie in Natuurcommunicatie op 23 oktober.

Embryonale stamcellen hebben een enorm potentieel voor medische toepassingen, zoals het herstel van ziek weefsel of gepersonaliseerde screening van geneesmiddelen. Deze toepassingen vereisen dat stamcellen worden getransformeerd in nauwkeurig gedefinieerde rijpe celtypen, wat uitdagend blijft. Vaak, een populatie van stamcellen zal uitgroeien tot verschillende soorten cellen, die biomedische toepassingen belemmert. Bijvoorbeeld, een test die levertoxiciteit test, mag geen niercellen bevatten. Om het rijpingsproces beter te begrijpen en te beheersen, een team van wetenschappers uit Leiden, Utrecht en Boston brachten het pad van stamcel naar volwassen celtype in kaart, één cel tegelijk.

RNA-sequencing

Leids natuurkundige Stefan Semrau en collega's pasten een revolutionaire nieuwe methode toe op embryonale stamcellen:single-cell RNA-sequencing. Deze techniek heeft het vermogen om de overvloed en sequentie van alle RNA-moleculen in individuele cellen te meten. De samenstelling van RNA-moleculen is kenmerkend voor een bepaald celtype - een genetisch visitekaartje. Genen die belangrijk zijn in een bepaald celtype zullen worden vertegenwoordigd door veel RNA-moleculen, terwijl andere genen inactief zijn.

Met behulp van RNA-sequencing vond het team een ​​ingewikkeld dynamisch patroon. Toen ze stamcellen behandelden met retinoïnezuur, een belangrijk signaalmolecuul, reageerden alle stamcellen aanvankelijk op een vergelijkbare manier. Na 24 uur, echter, de celpopulatie splitste zich in twee groepen die aanhielden tot het einde van het 4-daagse experiment. Met andere woorden, de stamcellen kozen tussen twee alternatieve celtypes. Het experiment onthulde welke eiwitten bij dit proces betrokken zijn, die zullen helpen om cellulaire besluitvorming op moleculair niveau te begrijpen.

De nieuwe sequencing-studie is ook een belangrijke stap in het begrijpen van de embryonale ontwikkeling. Dit komt omdat de splitsing van een aanvankelijk homogene populatie het fundamentele proces is waarmee alle celtypen in ons lichaam worden gemaakt uit een enkele, bevruchte eicel.