Een nieuwe ontdekking van de University of Virginia School of Medicine heeft licht geworpen op hoe ons spijsverteringskanaal, onze longen en onze lever zich vormen, en die bevinding zou belangrijke implicaties kunnen hebben voor ons begrip van kanker.

Tijdens de ontwikkeling bij zoogdieren vormen de maag, dikke darm, darmen, pancreas, lever, longen, slokdarm, farynx (keel) en schildklier allemaal een zogenaamde 'primitieve darmbuis'. Maar wetenschappers zijn er niet zeker van geweest wat de niet te onderscheiden cellen in de darmbuis ertoe brengt om in de verschillende organen te veranderen of te "differentiëren". Hoe weet een cel in de darmbuis precies dat hij een deel van onze long moet worden in plaats van een deel van onze maag?

UVA's Chongzhi Zang, Ph.D., en medewerkers hebben antwoorden gevonden en onthullen hoe genetisch materiaal genaamd chromatine interageert met andere factoren om genen aan en uit te zetten om deze essentiële transformatie uit te voeren.

"Darmontwikkeling is een fascinerend dynamisch proces, waaruit we kunnen leren hoe hetzelfde genoom veel verschillende soorten cellen in verschillende organen kan creëren", zegt Zang van UVA's Center for Public Health Genomics en UVA Cancer Center. "We wisten dat de genen die in verschillende organen worden gebruikt, in de vroege stadia van ontwikkeling wat verschillen zouden gaan vertonen, maar dit was de eerste keer dat we ontdekten hoe dergelijke verschillen werden gecontroleerd door chromatine tijdens het orgaanvormingsproces."

Orgelontwikkeling begrijpen

Zang en zijn collega's, waaronder medewerkers onder leiding van Tae-Hee Kim, Ph.D., van de Universiteit van Toronto in Canada, gebruikten geavanceerde genomics-technologie genaamd "single-cell ATAC-seq" om een ​​gedetailleerde "kaart" van de chromatinepatroonveranderingen die plaatsvinden in individuele cellen in de darmbuis tijdens orgaanvorming bij muizen. Door dit te doen, hebben ze veel belangrijke leemten opgevuld in ons begrip van het orgaanontwikkelingsproces bij zoogdieren.

Het team ontdekte dat chromatine een andere dynamiek vertoont in cellen die bijvoorbeeld de lever worden dan in cellen die de longen worden. Chromatine werkt samen met zogenaamde "transcriptiefactoren" in een elegante opstelling die de cellen traint voor de belangrijke taken die ze voorbestemd zijn te vervullen.

Later in de ontwikkeling zullen deze interacties de opkomende organen verder verfijnen, waardoor de darm zich bijvoorbeeld kan opsplitsen in de dikke darm en de dunne darm.

Het is belangrijk dat dit complexe proces precies verloopt. De onderzoekers ontdekten dat fouten ernstige gevolgen kunnen hebben, waardoor bijvoorbeeld de gezonde ontwikkeling van de alvleesklier en darmen bij laboratoriummuizen wordt verstoord. Dramatische veranderingen die in de pancreas werden opgemerkt, omvatten de vorming van veel grote, cyste-achtige structuren.

De onderzoekers merken op dat "cel-lot"-fouten optreden in de vroege stadia van pancreaskanker, wat leidt tot precancereuze laesies. Dus het begrijpen van het orgaanontwikkelingsproces en wat er mis kan gaan, zou belangrijke inzichten kunnen bieden in de vorming van bepaalde kankergezwellen.

"Een beter begrip van hoe genen in het genoom werken tijdens de ontwikkeling van organen, kan ons inzicht geven in de mechanismen die ten grondslag liggen aan de initiatie van vele soorten kanker," zei Zang. "We gebruiken state-of-the-art technologieën om deze complexe problemen aan te pakken en geloven dat deze fundamentele ontdekkingen, stap voor stap, uiteindelijk zullen leiden tot nieuwe therapeutische ontwikkelingen en kankerpatiënten in de toekomst ten goede zullen komen."

De onderzoekers hebben hun bevindingen gepubliceerd in Nature Communications . + Verder verkennen

Nieuwe technologie identificeert moleculaire eigenschappen van cellen en brengt hun locatie in weefsels in kaart