Tijdens de vorming van fruitvliegembryo's moeten primordiale kiemcellen - de stamcellen die later eieren en sperma zullen vormen - van het uiteinde van het embryo naar hun uiteindelijke locatie in de geslachtsklieren reizen. Een deel van de oorspronkelijke kiemcelmigratie is passief; de cellen worden eenvoudig op hun plaats geduwd door de bewegingen van andere cellen. Maar op een bepaald punt in de ontwikkeling moeten de oerkiemcellen uit zichzelf bewegen.

"Veel van de achtergrond op dit gebied is vastgesteld door te bestuderen hoe cellen in cultuur bewegen, en er is dit model dat ze bewegen door hun cytoskelet te gebruiken om hun membranen naar buiten te duwen om te kruipen", zegt Benjamin Lin, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Whitehead Institute-directeur Ruth Lehmann. "We waren er niet zo zeker van dat ze zich in vivo ook zo bewogen."

Nu, in een nieuw artikel gepubliceerd op 14 september in Science Advances , Lehmann, ook hoogleraar biologie aan het Massachusetts Institute of Technology, en onderzoekers van het Whitehead Institute en het Skirball Institute van de New York University School of Medicine laten zien dat kiemcellen in groeiende vliegembryo's in feite een andere bewegingsmethode gebruiken die hangt af van een proces dat corticale stroming wordt genoemd, vergelijkbaar met de manier waarop bulldozers op roterende treden bewegen. Het onderzoek onthult ook een nieuwe speler in het pad dat deze kiemcelbeweging regelt. "Dit werk brengt ons een stap dichter bij het begrijpen van het regulerende netwerk dat de kiemcellen begeleidt op hun lange en complexe reis door een steeds veranderend cellulair landschap," zei Lehmann.

Het onderzoek zou onderzoekers ook een nieuw model kunnen bieden om dit type celbeweging in andere situaties te bestuderen - het is bijvoorbeeld aangetoond dat kankercellen onder bepaalde omstandigheden via corticale stroming bewegen. "We denken dat er meer algemene implicaties zijn voor deze vorm van migratiegedrag die verder gaan dan de oorspronkelijke kiemcellen en ook van toepassing zijn op andere migrerende cellen", zei Lin.

Ballonvormige cellen

De eerste aanwijzing dat Lehmann en Lin ontdekten dat kiemcellen misschien niet bewegen zoals wetenschappers dachten, kwam van een simpele observatie. "Toen we begonnen te bestuderen hoe deze oerkiemcellen in het embryo bewegen, zagen we dat de cellen de vorm van een ballon behouden terwijl ze bewegen en dat ze eigenlijk helemaal niet van vorm veranderen", zegt Lin. "Het is echt anders dan het crawlmodel."

Maar als de cellen niet kruipend bewogen, hoe bewogen ze dan door het embryo? Om meer te weten te komen, ontwikkelden de onderzoekers nieuwe technieken om de kiemcellen in levende vliegembryo's in beeld te brengen, en konden ze clusters van een eiwit genaamd actine in elke cel naar achteren zien bewegen, terwijl de cel zelf vooruit bewoog.

"Er is een dunne laag actine-cytoskelet net onder het membraan van cellen die de cortex wordt genoemd, en ze bewogen daadwerkelijk door die cortex te laten 'stromen'", zei Lin. "Het is alsof je denkt aan het loopvlak van een bulldozer die achteruit beweegt terwijl de bulldozer vooruit gaat. De cellen bewegen die cortex naar achteren om wrijving te genereren om de cel vooruit te bewegen."

Lin veronderstelt dat deze bewegingsmethode bijzonder geschikt is voor kiemcellen die zich door een overvol embryo met veel verschillende celtypen bewegen, omdat in plaats van afhankelijk te zijn van het herkennen van specifieke eiwitten die ze moeten "grijpen" om zichzelf door het embryo te trekken, het de kiem in staat stelt cellen zelfstandig kunnen bewegen. "Alles is behoorlijk individualistisch voor primordiale kiemcellen," zei hij. "Ze geven eigenlijk helemaal geen signalen aan elkaar, alle signalen zitten in elke cel... En kiemcellen moeten door zoveel verschillende weefsels bewegen dat ze een universele bewegingsmethode nodig hebben."

Een nieuwe rol voor een bekend eiwit

De onderzoekers vonden ook nieuwe informatie over hoe de cellen deze vorm van beweeglijkheid controleren. "We ontdekten dat een eiwit genaamd AMPK deze route kan controleren, wat echt onverwacht was," zei Lin. "De meeste mensen kennen het als een eiwit dat energie voelt. We ontdekten dat dit eiwit belangrijk was om deze cellen te helpen navigeren. Het is een van deze stroomopwaartse spelers die kan bepalen hoe snel de cel gaat en in welke richting."

In de toekomst hopen de onderzoekers het hele pad in kaart te brengen waarmee kiemcellen op het juiste moment in ontwikkeling op de juiste plaats komen. Ze hopen ook meer te weten te komen over de mechanismen achter corticale stroming. "We willen uitzoeken wat belangrijk is om deze stromen tot stand te brengen," zei Lin. "Onze bevindingen hier kunnen implicaties hebben, niet alleen voor kiemcellen, maar ook voor andere migrerende cellen." + Verder verkennen

Team onderzoekt mechanismen voor geslachtsbepaling bij vogels