[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Nieuwe software om gesprekken tussen cellen beter te begrijpen

From: Jerwin de Graaf <J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
To: "pwc-media@xxxxxxxxxxxxx" <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
Date: Thu, 16 Jan 2020 08:48:48 +0000

Nieuwe software om gesprekken tussen cellen beter te begrijpen

Eén van de meest fascinerende en belangrijke eigenschappen van levende cellen
is hun vermogen tot zelforganisatie. Door met elkaar te praten kunnen cellen
onder meer bepalen waar ze zich bevinden ten opzichte van elkaar, en of ze
bepaalde genen uit of juist aan moeten zetten. Op deze manier zijn grote
groepen cellen in staat om met elkaar samen te werken en zich te organiseren in
allerlei soorten weefsels. Onderzoekers van de TU Delft hebben nu software
ontwikkeld die gesprekken tussen cellen kan voorspellen en visualiseren aan de
hand van de betrokken moleculen.

Het vermogen van cellen om met elkaar te praten, is essentieel voor leven. Het
speelt bijvoorbeeld een belangrijke rol bij de ontwikkeling van embryo's,
waarin cellen door middel van patroonvorming kunnen bepalen of ze hersencellen,
spiercellen of huidcellen moeten worden. Door moleculen met elkaar uit te
wisselen en aan de hand van die informatie patronen te vormen, kunnen groepen
cellen hun eigen ontwikkeling sturen.

Dialoog
Een patroon ontstaat wanneer bepaalde genen in sommige cellen actief zijn,
terwijl ze in andere cellen juist zijn uitgeschakeld. 'Dit in- of uitschakelen
van genen wordt gestuurd door de uitwisseling van moleculen', legt onderzoeker
Hyun Youk van de TU Delft uit. 'Een cel stuurt zijn buurman bijvoorbeeld
molecuul A, waarmee het zegt dat de naastgelegen cel een bepaald gen moet
activeren. De buurman kan dan bijvoorbeeld iets terugzeggen door een molecuul
terug te sturen, of hetzelfde (of een ander) molecuul naar een andere buurman
sturen.'

Op deze manier ontstaat in een groep cellen een soort 'cellulaire dialoog' die
de vorm aanneemt van een patroon. 'Je kunt zo'n patroon visualiseren door de
cellen waarin een gen is ingeschakeld een kleur te geven, en de cellen waarin
hetzelfde gen is uitgeschakeld een andere kleur', legt Youk uit. Cellen kunnen
zich organiseren in allerlei soorten statische en dynamische patronen,
bijvoorbeeld een soort zebrapad of een bewegende, spiraalvormige golf.

[cid:image003.jpg@01D5CC51.F66E2AD0]<https://d1rkab7tlqy5f1.cloudfront.net/News/2020/01_Januari/TNW/large-spirals.mp4>Golfpatroon
Een goed voorbeeld van een cellulaire dialoog is het gedrag van een amoebe
genaamd Dictyostelium discoideum die in de grond leeft. Op het moment dat er
weinig voedsel voorhanden is, beginnen verhongerende cellen hun naastgelegen
soortgenoten een bepaald molecuul te sturen. Op die manier zwengelen de
hongerige cellen een gesprek aan. De boodschap 'we verhongeren' verplaatst zich
vervolgens als een spirale golf vanuit het centrum (de cellen die begonnen zijn
met communiceren) naar de randen van de kolonie.

Door het golfpatroon weten de andere cellen waar ze naartoe moeten. Ze bewegen
zich naar het centrum van de spirale golf en vormen zo een 'vruchtlichaam', dat
de vorm aanneemt van een omhoog staande stengel. Die vorm maakt het voor de
wind makkelijker om de amoeben mee te dragen naar een andere plek, waar
hopelijk meer voedsel te vinden is.

Software
We weten al een tijdje dat cellen met elkaar kunnen praten door moleculen uit
te wisselen en patronen te vormen. Maar het afluisteren van de gesprekken is
bepaald geen sinecure. Onderzoekers moeten erachter komen welke cel welk
molecuul aanmaakt en in welke cel bepaalde genen zijn ingeschakeld, of juist
niet. Dat vereist ingewikkelde en tijdrovende experimenten. 'Met onze nieuwe
software kun je cellulaire dialogen zichtbaar maken zonder experimenten te
hoeven doen', aldus Youk. 'Dat maakt het veel makkelijker om deze processen te
leren begrijpen.'

In de software kunnen onderzoekers invoeren welke moleculen een cel uitwisselt,
en in welke hoeveelheden. De software berekent vervolgens welk patroon er
ontstaat als een groep van deze cellen met elkaar praat, en visualiseert dit
door middel van verschillende kleuren. Op dit moment werkt de software met twee
verschillende moleculen. 'Verrassend genoeg zagen we dat groepen cellen met
alleen deze twee moleculen toch enorm complexe patronen kunnen vormen', vertelt
Youk.

De onderzoeker beschrijft de software als een soort woordenboek. Zijn
onderzoeksgroep heeft de software open source gemaakt, in de hoop dat andere
onderzoekers het woordenboek gaan uitbreiden. Youk: 'Uiteindelijk is het de
bedoeling om alle moleculen die betrokken zijn bij cellulaire communicatie erin
te zetten, zodat we beter leren begrijpen hoe cellen met elkaar praten.'

****

Meer informatie

Cellular dialogues: cell-cell communication through diffusible molecules yields
dynamic spatial patterns, Yiteng Dang, Douwe A. J. Grundel en Hyun Youk, Cell
Systems 10:1-17 (January 22, 2020)

Contact

Dr. Hyun Youk
H.Youk@xxxxxxxxxx<mailto:H.Youk@xxxxxxxxxx>
015 27 86630

Yiteng Dang (spreekt Nederlands)
Y.Dang@xxxxxxxxxx<mailto:Y.Dang@xxxxxxxxxx>
06 4217 5406.

Jerwin de Graaf (persvoorlichter TU Delft)
J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx<mailto:J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
06 42 71 72 27

Video's

Large spirals
(download<https://d1rkab7tlqy5f1.cloudfront.net/News/2020/01_Januari/TNW/large-spirals.mp4>)

Elke cirkel stelt een cel voor die moleculen afscheidt (onzichtbaar in deze
animatie). Verschillende kleuren vertegenwoordigen verschillende toestanden van
twee genen:

Wit = gen 1 uit & gen-2 uit
Zwart = gen 1 aan & gen 2 uit
Blauw = gen-1 uit & gen-2 aan
Geel = gen-1 aan & gen-2 aan

In het begin van de video zijn de cellen ongeorganiseerd. Door met elkaar te
communiceren, organiseren ze zich na verloop van tijd in complexe,
spiraalvormige golven die continu in beweging blijven.

Straight band waves
(download<https://d1rkab7tlqy5f1.cloudfront.net/News/2020/01_Januari/TNW/straight%20band%20waves.mp4>)

In eerste instantie vertonen de cellen geen georganiseerd patroon. Doordat de
cellen het aan- en uitzetten van hun genen coördineren, zien we na verloop van
tijd dat er een complexe bewegende vorm ontstaat die lijkt op een
spiraalvormige golf. De spiralen evolueren verder om uiteindelijk een rechte,
naar boven reizende golf vormen. Het hele proces ziet er complex en chaotisch
uit. Deze video illustreert hoe slechts twee moleculen die voor de communicatie
worden gebruikt een dergelijke complexe patroonvormingsdynamiek kunnen
opleveren.

[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Nieuwe software om gesprekken tussen cellen beter te begrijpen

Other related posts: