Genen van oude dieren verwanten werden gebruikt om een muis te laten groeien: Studie onthult verborgen geschiedenis van stamcellen

15 november 2024

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende eigenschappen benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgden:

• fact-check
• peer-reviewed publicatie
• vertrouwde bron
• nagekeken

door Queen Mary, Universiteit van Londen

Een internationaal team van onderzoekers heeft een ongekende mijlpaal bereikt: de creatie van muizen stamcellen die in staat zijn om een volledig ontwikkelde muis te genereren met genetische gereedschappen van een eencellig organisme, waarmee we een gemeenschappelijke voorouder delen die voor dieren bestond.

Deze doorbraak hervormt ons begrip van de genetische oorsprong van stamcellen, en biedt een nieuw perspectief op de evolutionaire banden tussen dieren en hun oude eencellige verwanten. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.

In een experiment dat klinkt als sciencefiction, heeft Dr. Alex de Mendoza van de Universiteit van Queen Mary in Londen samengewerkt met onderzoekers van de Universiteit van Hong Kong om een gen gevonden in choanoflagellaten, een eencellig organisme dat verwant is aan dieren, te gebruiken om stamcellen te creëren die ze vervolgens hebben gebruikt om een levende, ademende muis te produceren.

Choanoflagellaten zijn de dichtstbijzijnde levende verwanten van dieren, en hun genomen bevatten versies van de genen Sox en POU, bekend van het aansturen van pluripotentie - het cellulaire potentieel om zich te ontwikkelen tot elk celtype - binnen zoogdier stamcellen. Deze onverwachte ontdekking daagt een langdurige overtuiging uit dat deze genen uitsluitend geëvolueerd zijn binnen dieren.

'Door met succes een muis te creëren met moleculaire gereedschappen afgeleid van onze eencellige verwanten, zien we een buitengewone continuïteit van functie over bijna een miljard jaar evolutie,' zei Dr. de Mendoza. 'Het onderzoek impliceert dat sleutelgenen betrokken bij de vorming van stamcellen mogelijk veel eerder zijn ontstaan dan de stamcellen zelf, en dat ze waarschijnlijk hebben bijgedragen aan de weg vrijmaken voor het multicellulaire leven dat we vandaag de dag zien.'

De Nobelprijs van 2012 voor Shinya Yamanaka toonde aan dat het mogelijk is stamcellen te verkrijgen uit 'gedifferentieerde' cellen door simpelweg vier factoren tot expressie te brengen, waaronder een Sox (Sox2) en een POU (Oct4) gen. In dit nieuwe onderzoek, door middel van een reeks experimenten uitgevoerd in samenwerking met het laboratorium van Dr. Ralf Jauch aan de Universiteit van Hong Kong / Center for Translationele stamcelbiologie, introduceerde het team choanoflagellaat Sox genen in muiscellen, waarbij het native Sox2 gen werd vervangen om herprogrammering naar de pluripotente stamcelstatus te bereiken.

Om de doeltreffendheid van deze geherprogrammeerde cellen te valideren, werden ze geïnjecteerd in een zich ontwikkelende muize-embryo. De resulterende chimerische muis vertoonde fysieke kenmerken van zowel het donor embryo als de laboratorium-geïnduceerde stamcellen, zoals zwarte vachtpatches en donkere ogen, wat bevestigde dat deze oude genen een cruciale rol hebben gespeeld in het compatibel maken van stamcellen met de ontwikkeling van het dier.

Het onderzoek traceert hoe vroege versies van Sox en POU eiwitten, die DNA binden en andere genen reguleren, werden gebruikt door eencellige voorouders voor functies die later integraal zouden worden voor stamcelvorming en dierlijke ontwikkeling. 'Choanoflagellaten hebben geen stamcellen, het zijn eencellige organismen, maar ze hebben deze genen, waarschijnlijk om basiscelprocessen te regelen die multicellulaire dieren waarschijnlijk later hebben herbestemd voor het bouwen van complexe lichamen,' legde Dr. de Mendoza uit.

Ontdek het laatste op het gebied van wetenschap, technologie en ruimte met meer dan 100.000 abonnees die vertrouwen op Phys.org voor dagelijkse inzichten. Meld je aan voor onze gratis nieuwsbrief en ontvang updates over doorbraken, innovaties en onderzoek die er toe doen - dagelijks of wekelijks.

Deze nieuwe inzichten benadrukken de evolutionaire veelzijdigheid van genetische gereedschappen en bieden een glimp van hoe vroege levensvormen vergelijkbare mechanismen zouden hebben kunnen benutten om celspecialisatie te bevorderen, lang voordat ware multicellulaire organismen ontstonden, en van het belang van recyclen in evolutie.

Deze ontdekking heeft implicaties die verder gaan dan de evolutionaire biologie, en kan mogelijk nieuwe vooruitgang in regeneratieve geneeskunde informeren. Door ons begrip van hoe de stamcelmachinerie is geëvolueerd te verdiepen, kunnen wetenschappers nieuwe manieren identificeren om stamceltherapieën te optimaliseren en celreprogrammeringstechnieken voor het behandelen van ziekten of het herstellen van beschadigd weefsel te verbeteren.

'Het bestuderen van de oorspronkelijke wortels van deze genetische gereedschappen stelt ons in staat om te innoveren met een helderder beeld van hoe pluripotentie mechanismen kunnen worden aangepast of geoptimaliseerd,' zei Dr. Jauch, eraan toevoegend dat vooruitgang kan voortvloeien uit het experimenteren met synthetische versies van deze genen die mogelijk beter presteren dan inheemse dierengenen in bepaalde contexten.

Meer informatie: Ya Gao et al, The emergence of Sox and POU transcription factors predates the origins of animal stem cells, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54152-x

Tijdschrift informatie: Nature Communications

Verstrekt door Queen Mary, University of London