Stamcellen en hun evolutie

Onderzoek op de Mexicaanse salamander Axolotl naar embryonale stamcellen en geslachtscellen laat zien dat de ontwikkeling daarvan hetzelfde is als bij de mens en andere zoogdieren, en dat amfibieën zoals kikkers een gen verloren hebben dat verantwoordelijk was voor pluripotentie van de embryonale cellen bij de eerste landdieren.

Axolotls zijn salamanders die primitieve kenmerken van de eerste amfibieën behouden

Axolotl

hebben. Ze stammen af van vissen die 385 miljoen jaar geleden het land veroverden. Deze eerste amfibieën waren de voorouders van alle gewervelden die het land bevolken.

Tot nu toe werd aangenomen dat pluripotentie van stamcellen kenmerkend was voor zoogdieren, maar het onderzoek wijst uit dat de eerste landdieren, de eerste amfibieën, ook pluripotente stamcellen bezaten. Kikkers en andere laboratoriumdieren als het fruitvliegje hebben het gen voor pluripotentie verloren en bezitten germ plasm (kiemplasma: niet te verwarren met het kiemplasma zoals dat gebruikt werd door August Weismann). Dit kiemplasma bevindt zich aan een pool van de eicel en betstaat uit RNA’s en eiwitten. Deze kant van de cel is zodoende voorbestemd om geslachtscellen te vormen na de eerste celdelingen van de bevruchte eicel. Bij zoogdieren en, zoals blijkt, nu ook bij salamanders als axolotl, wordt na de eerste celdelingen van de bevruchte eicel, de dochtercellen geïnduceerd tot geslachtcellen.

Na de eerste celdelingen wordt er dus bepaald welke cellen deel uitmaken van het soma (de cellen van het lichaam die geen geslachtscellen zijn en geen rol hebben in erfelijkheid) en welke deel uitmaken van de geslachtscellen (de zogenaamde eeuwige cellen die in het volwassen organisme een nieuwe generatie voortbrengen.) De onderzoekers vragen zich af wat het evolutionaire voordeel kan zijn van het wel of niet bezitten van kiemplasma; selectie impliceert immers dat eigenschappen voordelig moeten zijn in een bepaalde omgeving. Ze opperen dat de loskoppeling van het soma en de germinale lijn de dieren met kiemplasma in staat stelt zich sneller en beter aan te passen aan nieuwe habitats omdat de somatische cellen geen energie en tijd hoeven te steken in de inductie van de geslachtscellen. Dit zou ook verklaren waarom dieren als kikkers, die zich van de salamanders afsplitsten, zoveel verwante soorten voortbrachten. Het behoud van pluripotentie maakte het daarentegen mogelijk extra-embryonale structuren te vormen ter bescherming en voeding van het embryo zoals in de reptielen, vogels en zoogdieren.

Deze overeenkomst tussen Axolotl en zoogdieren is ook een belangrijke ontdekking voor onderzoek op pluripotente stamcellen voor toepassingen binnen de geneeskunde.

Uit: Eurekalert, Physorg.com; Plaatje van internet.

Lees meer over axolotl op het blog van Tsjok45.

 

Het geheugen van stamcellen

Gisteren werd in Nature gepubliceerd dat geïnduceerde pluripotente stamcellen bepaalde eigenschappen behouden waardoor ze minder geschikt kunnen blijken voor toepassingen binnen het wetenschappelijk onderzoek.

Er bestaan drie soorten stamcellen:

1. de klassieke embrionale stamcellen (ES) die voortkomen uit een embryo;

2. de stamcellen die voortkomen uit een embryo na transplantatie van de nucleus (SCNT; somatic cell nuclear transfer) van een somatische donorcel naar een lege en onbevruchte eicel. Het schaap Dolly werd met deze techniek gekloond;

3. volwassen gedifferentieerde cellen die na inductie met factoren zich als pluripotente stamcellen gedragen (iPS; induced pluripotent stem cells). Deze laatste ontdekking (zie filmpje onderaan het bericht) gaf veel hoop omdat ethische vraagstukken rond het gebruik van stamcellen omzeild konden worden.

Van internet: verzameling stamcellen

Daley vergeleek iPS’s en SCNT’s en zag dat de eersten zich bij voorkeur differentieerden in cellen van hun eigen oorsprongen en Hochedlinger observeerde dat de oorsprong van de cellen hun gedrag bepaalde.

Met de ontdekking van de mogelijkheid om stamcellen te induceren vanuit volwassen somatische cellen (iPS) dacht men te maken te hebben met ware stamcellen: het was nu niet meer nodig om embryonale stamcellen te gebruiken. Het blijkt nu dat deze cellen zich bij voorkeur differentiëren in de cellen waaruit ze voortkwamen. Komt de geïnduceerde cel uit het bloed dan differentieert deze makkelijker opnieuw in bloedcellen, dan bijvoorbeel huid- of zenuwcellen. Als het echte stamcellen waren dan zou daar geen verschil in moeten zijn.

Dit geheugen van de cellen heeft te maken met epigenetische factoren. Het genoom is in elke cel hetzelfde, of het nu een stamcel of een gedifferentieerde zenuwcel betreft, maar het genoom komt in de verschillende celsoorten op verschillende wijze tot uitdrukking. Dit wordt o.a. geregeld door het epigenoom. Het DNA is in elke cel hetzelfde maar bepaalde componenten kunnen meer of minder gemethyleerd zijn waardoor het DNA meer of minder toegankelijk wordt voor transcriptie-enzymen. Op deze wijze wordt elke celsoort gekenmerkt door een eigen profiel aan proteinen, zijn fenotype. Deze methylgroepen ofwel dit epigenoom wordt blijkbaar niet geheel uitgewist in iPS’s in tegenstelling tot wat men ziet bij SCNT waarbij de transplantatie van de nucleus van de somatische cel naar de lege onbevruchte eicel het epigenoom uitwist net zoals gebeurt bij het sperma gedurende bevruchting, zegt de eerste auteur Kitai Kim.

Dit epigentische ‘geheugen’ verdwijnt ongeveer na zestien generaties (zestien cel-cyclussen) in de petri-schaal en kan ook met chemicaliën gewist worden.

Voor klinische toepassingen kan dit ‘geheugen’ een uikomst zijn in het geval men aangetast weefsel van een patient wil vervangen met hetzelfde soort weefsel. Als alternatief voor embryonale stamcellen zijn de iPS voorlopig nog niet geschikt.

Uit: NatureNews, Nature 1, 2, Physorg.com 1, 2.

Stamcellen en evolutie

Onderzoek op de Mexicaanse salamander Axolotl naar embryonale stamcellen en geslachtscellen laat zien dat de ontwikkeling daarvan hetzelfde is als bij de mens en dat amfibieën zoals kikkers een gen verloren hebben dat verantwoordelijk was voor pluripotentie van de embryonale cellen bij de eerste landdieren.

Axolotls zijn salamanders die primitieve kenmerken van de eerste amfibieën behouden

Van internet: Axolotl

hebben. Ze stammen af van vissen die 385 miljoen jaar geleden het land veroverden. Deze eerste amfibieën waren de voorouders van alle gewervelden die het land bevolken.

Tot nu toe werd aangenomen dat pluripotentie van stamcellen kenmerkend was voor zoogdieren, maar het onderzoek wijst uit dat de eerste landdieren, de eerste amfibieën, ook pluripotente stamcellen bezaten. Kikkers en andere laboratoriumdieren als het fruitvliegje hebben het gen voor pluripotentie verloren en bezitten germ plasm (kiemplasma: niet te verwarren met het kiemplasma zoals dat gebruikt werd door August Weismann). Dit kiemplasma bevindt zich aan een pool van de eicel en betstaat uit RNA’s en eiwitten. Deze kant van de cel is zodoende voorbestemd om geslachtscellen te vormen na de eerste celdelingen van de bevruchte eicel. Bij zoogdieren en, zoals blijkt, nu ook bij salamanders als axolotl, wordt na de eerste celdelingen van de bevruchte eicel, de dochtercellen geïnduceerd tot geslachtcellen.
Na de eerste celdelingen wordt er dus bepaald welke cellen deel uitmaken van het soma (decellen van het lichaam die geen geslachtscellen zijn en geen rol hebben in erfelijkheid) en welke deel uitmaken van de geslachtscellen (de zogenaamde eeuwige cellen die in het volwassen organisme een nieuwe generatie voortbrengen.) De onderzoekers vragen zich af wat het evolutionaire voordeel kan zijn van het wel of niet bezitten van kiemplasma; selectie impliceert immers dat eigenschappen voordelig moeten zijn in een bepaalde omgeving. Ze opperen dat de loskoppeling van het soma en de germinale lijn de dieren met kiemplasma in staat stelt zich sneller en beter aan te passen aan nieuwe habitats omdat de somatische cellen geen energie en tijd hoeven te steken in de inductie van de geslachtscellen. Dit zou ook verklaren waarom dieren als kikkers, die zich van de salamanders afsplitsten, zoveel verwante soorten voortbrachten. Het behoud van pluripotentie maakte het daarentegen mogelijk extra-embryonale structuren te vormen ter bescherming en voeding van het embryo zoals in de reptielen, vogels en zoogdieren.

Deze overeenkomst tussen Axolotl en zoogdieren is ook een belangrijke ontdekking voor onderzoek op pluripotente stamcellen voor toepassingen binnen de geneeskunde.

Uit: Eurekalert, Physorg.com