Het gebeurt in de eerste uren na de bevruchting:de cellen van het vroege embryo beginnen zelfstandig eiwitten te produceren, de bouwstenen voor cellen en organen. Hun eigen, uniek samengestelde genetische materiaal dient als blauwdruk. Bij gewervelde dieren komt het startsignaal voor dit proces van drie maternale eiwitten die binden aan het DNA van het nageslacht. Nieuwe bevindingen van Dr. Meijiang Gao van een onderzoeksteam onder leiding van Dr. Daria Onichtchouk in het Institute of Biology van de Universiteit van Freiburg. Ik laat nu, met behulp van een zebravismodel, zien hoe twee van deze drie starteiwitten van de eicel hun rol opwekken en hoe ze handelen in de verdere ontwikkeling. De bevindingen werden gepubliceerd in een studie in het tijdschrift Nature Communications .

"We hebben laten zien hoe de eiwitten Pou5f3 en Sox19b op verschillende tijdstippen in de embryonale ontwikkeling en in verschillende delen van het embryo functioneren", zegt de bioloog van de integratieve benadering van het onderzoek. Ze voert haar onderzoek uit aan het Cluster of Excellence CIBSS-Centre for Integrative Biological Signalling Studies van de Universiteit van Freiburg, waarvan de wetenschappers het doel nastreven om signaalprocessen over verschillende schalen te begrijpen. Prof. Dr. Jens Timmer und Markus Rosenblatt van het Institute of Physics van de Universiteit van Freiburg namen ook deel aan het onderzoek.

Belangrijke moleculen voor stamcelonderzoek

Vergelijkbare menselijke eiwitten, zogenaamde homologen van Pou5f3 en Sox19b, worden in onderzoek gebruikt om kunstmatig stamcellen te produceren uit menselijke huidcellen. "De precieze rol van deze factoren in de ontwikkeling is om deze reden ook zeer interessant voor onderzoek en geneeskunde", zegt Onichtchouk.

Om precies te bepalen welke genen op welke manier door deze twee eiwitten worden aangestuurd en hoe ze op elkaar inwerken, bestudeerden de bioloog en haar team de ontwikkeling van zebravisembryo's. Ze veroorzaakten mutaties in de genen voor Pou5f3 en Sox19b, zodat de vissen deze regulerende eiwitten niet meer zouden aanmaken. Zo slaagden ze erin aan te tonen dat de twee eiwitten onafhankelijke taken hebben. Ze werken echter allebei op het DNA door te binden aan genregulerende regio's en de genen vrij toegankelijk te maken voor de cellulaire machinerie.

Gencontrole in slaapstand

Bovendien ontdekte het team dat Pou5f3 en Sox19b late genetische programma's onderdrukken. "Ze houden belangrijke processen in de slaapstand, zodat ze pas later starten, wanneer de juiste stap in de ontwikkeling nadert", beschrijft Onichtchouk. "Het gaat om de genen die verantwoordelijk zijn voor de ontwikkeling van de organen." Pou5f3 en Sox19b blijken echter alleen aan de ventrale zijde van het embryo de bepalende factoren te zijn voor de activering van de genen. Aan de dorsale zijde zijn ze niet effectief. De reden hiervan wil Onichtchouk achterhalen:"We zijn benieuwd wat hier deze functie overneemt en of deze eiwitten ook van de moeder afkomstig zijn."