[PWC-MEDIA] AMOLF-persbericht: 'bliksemsnel risicobeheer in celpopulaties'

  • From: "Communications AMOLF" <Communications@xxxxxxxx>
  • To: pwc-media@xxxxxxxxxxxxx <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Mon, 16 Nov 2020 08:36:15 +0000

Bliksemsnel risicobeheer in celpopulaties

Net zoals investeerders op de beurs, bereiden celpopulaties zich voor op 
veranderingen in hun omgeving door risico’s te spreiden. Hiervoor hebben ze de 
beschikking over een reeks receptoren op het celoppervlak. Door deze receptoren 
in individuele cellen aan te passen kan de populatie diversiteit creëren in de 
gevoeligheid voor signalen uit de omgeving. Tot nu toe werd verondersteld dat 
cellen deze aanpassing alleen relatief langzaam uitvoeren, door het produceren 
of afbouwen van nieuwe receptoreiwitten. Maar dit blijkt niet juist. 
Onderzoekers van instituut AMOLF en de universiteit Yale in de Verenigde Staten 
ontdekten een mechanisme dat celpopulaties in staat stelt om de diversiteit in 
de populatie heel snel te controleren, door middel van fysische en chemische 
aanpassingen van bestaande eiwitten. De resultaten werden op 13 november 
gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances.

Diversiteit
Met behulp van nauwkeurige microscopie-experimenten laten de onderzoekers zien 
dat populaties van de E. coli bacterie zorgen voor een hoge mate van 
diversiteit in de celreceptoren als er geen prikkels in de omgeving zijn. Maar, 
de diversiteit neemt drastisch af (met een factor 10) als er zich nieuwe 
omgevingsprikkels voordoen. “Dat is eigenlijk heel logisch”, zegt Tom Shimizu, 
groepsleider bij AMOLF en laatste auteur van de publicatie. “Als er weinig 
prikkels zijn, dan is de onzekerheid over de toekomst maximaal, dus dan is het 
verstandig om de kansen maximaal de spreiden over de grootte van toekomstige 
signalen. Maar dat verandert zodra er zich prikkels aandienen. Het blijkt dat 
celpopulaties deze nieuwe informatie gebruiken om hun aandacht te richten op 
een bepaalde prikkel, zodat de hele populatie gezamenlijk kan reageren.”

Tot hun verbazing zagen de onderzoekers tijdens de experimenten dat de cellen 
uitzonderlijk snel omschakelen naar een nieuwe strategie. Ze dachten altijd dat 
biologische cellen de prestaties van hun receptoren aanpassen door middel van 
genexpressie: het tijdrovende proces van productie en afbouw van 
eiwitmoleculen. “Maar deze populaties konden de spreiding van de risico’s 
tussen prikkelarme en prikkelrijke omgevingen binnen enkele seconden wijzigen”, 
zegt Keita Kamino die het onderzoek initieerde bij AMOLF en afrondde bij Yale. 
“Het was direct duidelijk dat cellen deze aanpassingen niet uitvoerden door 
genexpressie, wat minuten of zelfs uren kan duren.”

Bliksemsnelle omschakeling
Om het mechanisme te onderzoeken maakte het team een wiskundig model van het 
waargenomen risicobeheer. Ze baseerden zich hierbij op wat er reeds bekend is 
over de interactie tussen receptoren en andere moleculen die signalen in de cel 
verwerken. Hoewel het model voor cellen geen genexpressiemogelijkheid bevat, 
bleek het zeer accuraat de bij de experimenten waargenomen wijzigingen in de 
mate van diversiteit van de cellen weer te geven.

Met behulp van het model kwamen de onderzoekers uit bij een relatief eenvoudige 
verklaring voor de snelle veranderingen in het risicobeheer. In plaats van het 
op- en afbouwen van eiwitmoleculen, gaat de populatie aan de slag met chemische 
aanpassingen van eiwitten en het fysische effect van de connecties tussen die 
eiwitten. Het gevolg is een bliksemsnelle omschakeling. Zulke eiwitaanpassingen 
worden veel gebruikt om signalen in afzonderlijke cellen te verwerken, maar het 
was niet bekend dat ze ook een rol spelen in de diversificatie van een hele 
celpopulatie. Juist omdat zulke aanpassingen zo veel voorkomen, denken de 
onderzoekers dat het mechanisme haar werk doet in een breed scala van celtypes 
in organismen.

Bijschrift Illustratie (zie bijlage)
Illustratie van risicobeheer door een celpopulatie. Zodra de hoeveelheid 
prikkels (groene curve) boven een bepaalde grenswaarde komt dan neemt de 
onzekerheid over toekomstige signalen af (blauwe curve in het midden). Tijdens 
deze overgang verandert de populatie het gedrag van kansenspreiding in 
prikkelarme omgeving naar het volgen van het signaal in prikkelrijke omgeving. 
De cellen volgen het signaal door de gemiddelde gevoeligheid aan de 
signaalsterkte aan te passen (de piek van de rode curve) en verkleinen tegelijk 
de diversiteit van de gevoeligheid (de breedte van de rode curve).

--

Noot voor de redactie

Referentie
K. Kamino, J.M. Keegstra, J. Long, T. Emonet, T.S. Shimizu, Adaptive tuning of 
cell sensory diversity without changes in gene expression, Science Advances, 13 
November (2020).

Contact
T. Shimizu (groepsleider)
P. Vastenhouw <mailto:p.vastenhouw@xxxxxxxx> (communicatie)

 

Attachment: diversification_tracking_NL_persbericht_Shimizu_HR.jpg
Description: JPEG image

Other related posts:

  • » [PWC-MEDIA] AMOLF-persbericht: 'bliksemsnel risicobeheer in celpopulaties' - Communications AMOLF