De ondersteuning van pluripotente cellen in de loop van de tijd is een essentieel kenmerk van de ontwikkeling. Pluripotente cellen zijn stamcellen die zich kunnen ontwikkelen tot alle andere cellen. Inzicht in de ontwikkeling van pluripotente stamcellen in een hart kan helpen dit proces in het laboratorium te repliceren.
Een eeuwenoude vis, een ‘levend fossiel’ genoemd, heeft wetenschappers geholpen de basisprincipes van stamcellen te begrijpen. Wetenschappers van de Universiteit van Kopenhagen hebben ontdekt dat de coelacanthvis het meestergen bevat dat stamcellen reguleert en de pluripotentie in stand houdt. Dit gen, bij mensen en muizen bekend als OCT4, bleek vervangbaar door een coelacanthvariant stamcellen van muizen.
De coelacanth wordt een ‘levend fossiel’ genoemd en wordt afzonderlijk van zoogdieren geclassificeerd vanwege het feit dat hij ongeveer 400 miljoen jaar geleden in zijn huidige vorm is geëvolueerd. Het bootst de eerste dieren na die van de zee naar het land overgaan, omdat het vinnen bezit die op ledematen lijken.
Assistent-professor Molly Lowndes zei: “Door de cellen ervan te bestuderen, kun je als het ware teruggaan in de evolutie.”
Universitair docent Woranop Sukparangsi vervolgt: “De centrale factor die het genennetwerk in stamcellen controleert, wordt gevonden in de coelacanth. Dit toont aan dat het netwerk al vroeg in de evolutie bestond, mogelijk al 400 miljoen jaar geleden.”
Ph.D. student Elena Morganti zei: “Het mooie van teruggaan in de evolutie is dat de organismen eenvoudiger worden. Ze hebben bijvoorbeeld slechts één kopie van enkele essentiële genen in plaats van vele versies. Zo kun je scheiden wat belangrijk is voor stamcellen en dat gebruiken om de manier waarop je stamcellen in een schaaltje kweekt, te verbeteren.”
Wetenschappers ontdekten dat het stamcelnetwerk veel ouder is dan eerder werd aangenomen en terug te vinden is in uitgestorven soorten. Ze ontdekten ook hoe de evolutie het genennetwerk veranderde om dit mogelijk te maken pluripotente stamcellen.
Er werden meer dan 40 dierlijke stamcelgenen onderzocht: kangoeroes, muizen en haaien. De dieren werden gekozen om een goede dwarsdoorsnede te vormen van de belangrijkste evolutionaire keerpunten.
De studie heeft gewerkt kunstmatige intelligentie om driedimensionale modellen van de verschillende OCT4-eiwitten te maken. Volgens de experts is de algehele structuur van het eiwit gedurende de hele evolutie behouden gebleven. Hoewel de delen van deze eiwitten waarvan bekend is dat ze cruciaal zijn voor stamcellen niet veranderen, veranderen soortspecifieke variaties in deze eiwitten die geen verband lijken te houden met elkaar, hun oriëntatie, wat van invloed kan zijn op hoe goed ze de pluripotentie behouden.
Joshua Mark Brickman zei, “Dit is een fascinerende bevinding over evolutie die vóór de komst van nieuwe technologieën niet mogelijk zou zijn geweest. Je kunt het zien als slim nadenken van de evolutie, we sleutelen niet aan de ‘motor in de auto’, maar we kunnen de motor verplaatsen en de aandrijflijn verbeteren om te kijken of de auto daardoor sneller gaat.”
Journal Reference:
- Sukparangsi, W., Morganti, E., Lowndes, M. et al. Evolutionaire oorsprong van OCT4 / POU5 bij gewervelde dieren speelt een rol bij het ondersteunen van pluripotentie. Nat Commun 13 (5537). DOI: 10.1038 / s41467-022-32481-z
