[PWC-MEDIA] Persbericht Hubrecht Institute: Genetische littekens geven inzicht in oorsprong individuele cellen

From: "Mailbox Communication (Hubrecht)" <communication@xxxxxxxxxxx>
To: "pwc-media@xxxxxxxxxxxxx" <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
Date: Wed, 28 Mar 2018 17:08:56 +0000

Genetische littekens geven inzicht in oorsprong individuele cellen

Wetenschappers van het Hubrecht Institute (KNAW) in Utrecht hebben een methode
ontwikkeld waarmee ze de embryonale oorsprong van individuele cellen kunnen
bestuderen. Het team uit de onderzoeksgroep van Alexander van Oudenaarden
gebruikte daarvoor een combinatie van technieken, zodat ze genetische littekens
konden aanbrengen en zo de oorsprong van deze cellen konden bepalen. Volgens de
wetenschappers kan hun onderzoek leiden tot meer inzicht in de opbouw van het
volwassen lichaam vanuit een enkele cel. Het artikel werd vandaag gepubliceerd
in Nature.

De wetenschappers combineerden twee technieken die zijn geperfectioneerd in het
eigen laboratorium: genome editing en single-cell RNA sequencing. Daarmee is
het nu voor het eerst mogelijk individuele cellen te volgen in hun ontwikkeling
tot een volwassen organisme. De onderzoekers pasten hun technieken toe in de
zebravis, een populair onderzoeksmodel in de ontwikkelingsbiologie dankzij de
korte rijpingstijd en de toegankelijkheid van de embryo’s.

Streepjescode
Een van de doelen van de ontwikkelingsbiologie is begrijpen hoe een enkele
embryonale cel uitgroeit tot een compleet organisme. Daarvoor ontwikkelde de
Van Oudenaarden-groep ScarTrace. Met behulp van de genetische
knip-en-plaktechniek CRISPR/Cas9 introduceren of verwijderen ze stukjes DNA in
of uit het genoom van embryonale cellen. De genetische littekens die daardoor
ontstaan in nakomelingen van die cel vormen een overerfbare streepjescode.
Wetenschappers kunnen daarmee groepen cellen van dezelfde afkomst identificeren
en een stamboom opstellen. Prof. dr. ir. Alexander van Oudenaarden,
groepsleider en directeur van het Hubrecht Institute: ‘Tot nu toe konden we
tegelijkertijd onderzoek doen naar de stamboom van ongeveer tien verschillende
voorlopercellen, terwijl een embryo bestaat uit tienduizenden cellen. ScarTrace
geeft ons de mogelijkheid om al die cellen uniek te labelen.’ De onderzoekers
hebben nu voor het eerst deze techniek gecombineerd met single-cell RNA
sequencing: een techniek waarmee ze het genetische expressieprofiel van
individuele cellen en celtype kunnen bepalen. Deze combinatie van technieken
stelt de onderzoekers in staat om op het niveau van afzonderlijke cellen
uitspraken te doen over hun afkomst.

Terugrekenen
De wetenschappers pasten ScarTrace toe op drie organen in de zebravis: het
bloed, de hersenen en de staartvin. Ze kwamen tot de ontdekking dat de vorming
van alle bloedcellen stoelt op een relatief kleine populatie embryonale
voorlopercellen. De cellen van het brein, de ogen en de staartvin zijn juist
afkomstig van veel verschillende cellen tijdens de embryonale ontwikkeling.
Daarnaast blijken er in de staartvin immuuncellen aanwezig te zijn die een
andere herkomst hebben dan de bloedcellen elders in de zebravis. Een
interessante vondst, vindt Van Oudenaarden: ‘Met deze complementaire techniek
kunnen we eigenschappen van cellen in een volwassen organisme terugrekenen naar
het embryonale stadium. Zo krijgen we meer inzicht in het ontwikkelingsproces.’
De hoge resolutie van ScarTrace voor het detecteren van de streepjescodes was
daarbij essentieel. ‘We kunnen de genetische littekens opsporen met 90 procent
zekerheid’, zegt Anna Alemany, postdoc in de Van Oudenaarden-groep en een van
de auteurs van het artikel. ‘Zo’n hoge gevoeligheid is prachtig, want dat is op
het niveau van individuele cellen nog nooit gehaald.’

Vragen
De resultaten roepen nieuwe vragen op. Is het bijvoorbeeld mogelijk om
nauwkeurig te bepalen wanneer embryonale voorlopercellen hun celspecifieke doel
kiezen? De methode leent zich ook voor het onderzoeken van de afkomst van
celpopulaties op andere manieren, bijvoorbeeld in modellen voor
kankeronderzoek. Van Oudenaarden: ‘We kunnen met deze methode als het ware
terug in de tijd, naar de “embryonale fase” van de tumor. Van daaruit kunnen we
de evolutie van de tumor bestuderen.’ De eerste stap voor dat onderzoek is het
vertalen naar een model dat dichterbij de mens staat: de muis. En dat is
volgens Van Oudenaarden al lastig genoeg. ‘Voordat je een kankermodel in de
muis kan testen moet je alle ingrediënten, zoals het Cas9-eiwit, inbouwen in
het genetische materiaal.’ Met organoïden, mini-orgaantjes die in het lab zijn
opgekweekt van menselijke weefselspecifieke stamcellen, zouden onderzoekers wel
gelijk aan de slag kunnen met menselijk materiaal. ‘Maar het nadeel daarvan is
dat je niet werkt met een levend organisme. Dat kan zorgen voor vertekende
resultaten.’ In elk geval laat dit onderzoek zien dat de toepassingen van de
combinatiemethode erg divers zijn. Alemany: ‘Deze methode gaat veel verder dan
de ontwikkelingsbiologie.’

Opmerkelijke samenwerking
Dit onderzoek benadrukt de multidisciplinariteit van het onderzoek in het
Hubrecht Institute: de vier co-auteurs hebben elk vanuit hun eigen expertise
meegewerkt aan de publicatie. Daarnaast werd dit artikel gepubliceerd in
samenspraak met twee andere onderzoeksgroepen die onderzoek deden naar
hetzelfde onderwerp, ook de zebravis als modelsysteem gebruikten, maar zich
richtten op andere fases in de ontwikkeling. Deze samenwerking is vrij uniek in
de wetenschappelijke wereld. Van Oudenaarden: ‘Om te voorkomen dat we het
elkaar moeilijk zouden maken om te publiceren, hebben we constant gepraat over
onze vorderingen.’ De groepen, werkzaam bij het Max Delbrück Center for
Molecular Medicine in Berlijn en bij Harvard University in Boston, hielden
elkaar collegiaal op de hoogte in skypegesprekken en tijdens congressen. ‘We
hebben het publiceren zelfs expres vertraagd tot we wisten dat de andere papers
waren geaccepteerd’, zegt Van Oudenaarden. ‘Als een andere onderzoeksgroep een
paar maanden eerder publiceert, kan jouw jarenlange onderzoek ineens veel
minder nieuwswaarde hebben.’ Journals zijn daar volgens hem wel soepeler in
geworden: soms wordt een artikel gepubliceerd ondanks een scoop. ‘Maar bij
grote bladen zoals Nature en Science blijft het een competitieve wereld. Daarom
zijn we erg blij dat we de publicatie van de artikelen rond dit onderwerp
hebben kunnen coördineren.’

Alexander van Oudenaarden is directeur en groepsleider bij het Hubrecht
Institute, hoogleraar Kwantitatieve Biologie van Genregulatie aan het UMC
Utrecht en de faculteit Bètawetenschappen van de Universiteit Utrecht, en een
van de onderzoeksleiders van Oncode Institute.

Over het Hubrecht Institute
Het Hubrecht Institute is een onderzoeksinstituut dat zich richt op
ontwikkelings- en stamcelbiologie. De 20 onderzoeksgroepen van het instituut
doen fundamenteel en multidisciplinair onderzoek, zowel in gezonde systemen als
in ziektemodellen. Het Hubrecht Institute is onderdeel van de Koninklijke
Nederlandsche Akademie van Wetenschappen (KNAW) en bevindt zich op Utrecht
Science Park ‘De Uithof’. Sinds 2008 is het instituut geaffilieerd met het
Universitair Medisch Centrum Utrecht. Dit bevordert de vertaling van het
onderzoek naar de kliniek. Het Hubrecht Institute heeft een partnerschap met
het European Molecular Biology Laboratory (EMBL). Voor meer informatie, ga naar
www.hubrecht.eu.

Over de KNAW
De Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) is het forum, de
stem en het geweten van de Nederlandse wetenschap. Zij ontleent haar gezag aan
haar op kwaliteit geselecteerde leden. Vanuit een onafhankelijke positie
bewaakt zij de kwaliteit en de belangen van de wetenschap en adviseert zij de
regering. Zij is verantwoordelijk voor vijftien instituten die met hun
onderzoek en collecties tot de voorhoede van de Nederlandse wetenschap behoren
en internationale faam genieten.

Over UMC Utrecht
UMC Utrecht behoort tot de grootste publieke gezondheidszorginstellingen in
Nederland en is een internationaal leidende instelling op het gebied van
gezondheidszorg, (bio)medische opleidingen en wetenschappelijk onderzoek. UMC
Utrecht wil attractief zijn voor werknemers, interessant voor talent, en een
cultuur uitstralen van samenwerking, innovatie, duurzaamheid en de wil om te
presteren. In een organisatie waarin de patiënt voorop staat, werken ruim
11.000 medewerkers aan het voorkómen van ziekte, verbetering van de zorg, en
het ontwikkelen van innovatieve behandelmethoden; dit allemaal met kwaliteit en
patiëntveiligheid als basisprincipes. Voor meer informatie, ga naar
www.umcutrecht.nl.

Over Oncode Institute
Oncode Institute is een onafhankelijk instituut dat zich inzet om fundamentele
inzichten over kanker zo efficiënt mogelijk te vertalen naar betere en meer
betaalbare zorg voor de patiënt. De beste kankeronderzoekers van Nederland zijn
samengebracht onder een overkoepelende strategie in een missie-gedreven
instituut met drie pijlers: excellent onderzoek, intensieve samenwerking en
krachtige valorisatie.

[cid:image001.jpg@01D3C6C7.D7ED21B0]

Figuur 1a: embryonale cellen krijgen permanente, unieke labels die worden
doorgegeven aan cellen in de volwassen zebravis. B: Zo’n label is een genetisch
litteken, dat ontstaat door genetisch materiaal voor het GFP-eiwit in het
embryo te injecteren samen met (het genetisch materiaal voor) Cas9. Dit eiwit
zorgt voor het inbouwen van het eigenlijke label, GFP, in het embryonale
genoom. (bron: Alemany et al.)
Niet voor publicatie

Originele artikel
Whole-organism clone-tracing using single-cell sequencing
DOI: 10.1038/nature25969
Anna Alemany 1*, Maria Florescu 1*, Chloé S. Baron 1*, Josi Peterson-Maduro 1*
& Alexander van Oudenaarden 1
1 Oncode Institute, Hubrecht Institute-KNAW (Royal Netherlands Academy of Arts
and Sciences) and University Medical Center Utrecht, 3584 CT Utrecht, The
Netherlands
*These authors contributed equally to this work

Correspondentie

Koen Scheerders, Communicatiemedewerker Hubrecht Institute
T: +31 (0)30 - 212 18 00
M: +31 (0)6 - 83 59 65 48
E: k.scheerders@xxxxxxxxxxx<mailto:k.scheerders@xxxxxxxxxxx>

[PWC-MEDIA] Persbericht Hubrecht Institute: Genetische littekens geven inzicht in oorsprong individuele cellen

Other related posts: