Stamcelbiologen ontrafelen hoe DNA wordt gereguleerd in vroeg stadium van zwangerschap

De miljarden cellen van een volwassen mens zijn allemaal kopieën van de allereerste bevruchte eicel

Een internationaal onderzoeksteam heeft ontdekt dat het eiwitcomplex Polycomb (PRC2) een belangrijke rol speelt bij de ontwikkeling van embryonale cellen. Het gaat om de belangrijke keuze of een cel zich ontwikkelt tot placenta of foetus. Dit onderzoek draagt bij aan een beter begrip van de allereerste stadia van de zwangerschap en mogelijke oorzaken van vroege miskramen. De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Cell Biology.

De miljarden cellen van een volwassen mens zijn allemaal kopieën van de allereerste bevruchte eicel. Al die cellen bevatten hetzelfde DNA, maar toch is een spiercel van een mens compleet anders dan een zenuwcel, darmcel of huidcel. Dat komt omdat in die cellen steeds hele andere genen en eiwitten zijn geactiveerd. Om uit één bevruchte cel uiteindelijk zo’n goed functionerende mens te ‘maken’, moet dat genetische differentiatieproces ontzettend goed zijn afgesteld. Op de juiste momenten moeten de juiste cellen in de juiste richting worden gedirigeerd.

Splitsing placenta en foetus
Die ‘genetische regulatie’ is cruciaal tijdens de zwangerschap, wanneer embryonale cellen zich moeten ontwikkelen tot allerlei verschillende celtypes. De allereerste keuze die in het embryo gemaakt moet worden is of een cel onderdeel wordt van de placenta of van de foetus. Een internationaal onderzoeksteam van Radboud Universiteit (RU), Radboudumc, KU Leuven, Babraham Institute, UGent en IMBA heeft ontdekt dat die hele vroege besluitvorming epigenetisch wordt gereguleerd. Dit biedt nieuwe informatie over de menselijke ontwikkeling en de manier waarop die ontwikkeling wordt gestuurd. De resultaten zijn nu gepubliceerd in Nature Cell Biology.

Een mensenleven begint met de samensmelting van zaadcel en eicel. Op de vijfde of zesde dag is de bevruchte eicel een blastocyst geworden, een snel delend hol bolletje cellen dat uit een binnenste en buitenste laag cellen bestaat. De buitenste laag vormt de placenta; de binnenste laag ontwikkelt zich tot een embryo. De formatie van deze blastocyst is een complex proces waarbij elke stap van cruciaal belang is, en de geringste fout kan leiden tot afwijkingen of afsterven van het embryo.

Epigenetische schakelaar
De onderzoekers wilden weten hoe dit proces in die allereerste ontwikkelingsfase van de bevruchte eicel precies in elkaar zit. Tot dusver werd gedacht dat epigenetica geen rol speelde tijdens deze hele vroege keuzemomenten. Aan de hand van een celmodel dat het blastocyst-stadium nauwkeurig nabootst tijdens de eerste week van de zwangerschap, werd in het lab minutieus onderzocht hoe de embryonale cellen worden gereguleerd. Vincent Pasque van KU Leuven: “De eerste keuze die embryonale cellen moeten maken, is of ze tot de buitenste of binnenste laag van de blastocyst zullen behoren. Dit bepaalt immers of ze cellen van de placenta worden of dat de cellen deel gaan uitmaken van het uiteindelijke embryo.” En verrassend genoeg bleek ook in die hele vroege keuze epigenetica wel degelijk een rol te spelen. 

Ontwikkeling sturen
Dick Zijlmans, moleculair bioloog aan de RU en eerste auteur van het artikel: “We hebben gebruik gemaakt van speciale stamcellen die in het lab dezelfde eigenschappen vertonen als de embryonale cellen die deel uitmaken van het blastocyst tijdens de zwangerschap. Op die manier ontdekten we dat het polycomb repressive complex 2, kortweg PRC2, een belangrijke factor is die bepaalt tot welk deel van de blastocyst een cel zal behoren. Als we PRC2 onderdrukken, worden er meer placenta-cellen gevormd. Wordt PRC2 gestimuleerd, dan slaan meer cellen de richting in van foetus-ontwikkeling.”

Meer inzicht
Hendrik Marks, moleculair bioloog aan het Radboud Institute for Molecular Life Sciences (RIMLS) en mede laatste auteur: “Dankzij dit onderzoek begrijpen we embryonale ontwikkeling beter en weten we welke schakels belangrijk zijn voor de vorming van de placenta. Op langere termijn kan dit inzicht bijdragen aan onderzoek naar innesteling van embryo’s in de eerste dagen na bevruchting en waarom het ook kan mislopen. Ons onderzoek opent de weg om bij een breed spectrum aan genetisch aandoeningen te kijken wat er misgaat bij embryonale aandoeningen. Mogelijk biedt het ook aanknopingspunten om IVF verder te verbeteren, zowel wat betreft de kweekcondities als het terugplaatsen van de embryo’s. Dit is sowieso een veld waar momenteel veel spannende ontwikkelingen plaatsvinden en ons artikel is daarvan een nieuw en interessant onderdeel.”

Tags bij dit artikel:

• stamcellen
• Radboudumc
• eigenschappen
• eicel
• genetisch
• embryo’s
• foetus