Nieuwe methodes voor onderzoek naar chromatine

Elke cel in een organisme bevat ongeveer twee meter DNA. Om ervoor te zorgen dat deze lange DNA-strengen in de kleine celkern passen, moet het DNA strak verpakt worden. Het DNA wordt daarom om eiwitten gewikkeld – deze eiwitten worden histonen Eiwitten in de celkern waar het DNA omheen is gewonden. Op deze manier past al het DNA in de celkern. Door aanpassingen aan de histonen wordt het DNA strakker of losser gewonden, waardoor de genen op die plek wel of niet afgelezen kunnen worden. genoemd. Het totaal van DNA en histonen in een celkern heet chromatine. Naast het strak verpakken van DNA, heeft chromatine nog een andere functie. Het bepaalt namelijk welke delen van het DNA door de cel gelezen kunnen worden. Daardoor beïnvloedt het welke genen actief zijn en welke worden onderdrukt. Dit patroon van genexpressie De activiteit van een gen of genen. De combinatie van actieve genen in een cel bepaalt onder andere de functie, vorm en grootte van de cel. verschilt tussen celtypen. Langs de staarten van de histonen kunnen veranderingen optreden die de structuur van chromatine en daarmee de genexpressie beïnvloeden. Dit worden histonmodificaties genoemd.

Veranderingen in histonen

Uit eerdere experimenten is gebleken dat histonmodificaties verschillen tussen celtypes – een huidcel heeft bijvoorbeeld andere histonmodificaties dan een levercel. Met eerdere methodes, hadden onderzoekers echter duizenden cellen van dezelfde soort nodig om deze modificaties te kunnen onderzoeken. Dat beperkt het aantal verschillende celtypen waar ze naar kunnen kijken, omdat het simpelweg niet voor elk type mogelijk is om zoveel cellen te verzamelen. De groep van Alexander van Oudenaarden biedt nu een oplossing voor dit probleem door de ontwikkeling van twee nieuwe methodes. De eerste is experimenteel en heet sortChIC. Met deze techniek kunnen onderzoekers zeer zeldzame celtypen onderzoeken, waaronder weefselstamcellen. De andere methode is computationeel en heeft de naam scChIX gekregen. Onderzoekers kunnen deze techniek gebruiken om twee histonmodificaties tegelijk te onderzoeken in individuele cellen.

Ontwikkeling

Met de nieuwe methodes kunnen onderzoekers over de hele wereld chromatine onderzoeken in elke biologische context. Bovendien kunnen ze dit doen in individuele cellen, waardoor ze meer verschillende soorten cellen kunnen bestuderen dan eerst. Dit is waardevol omdat er verschillende soorten ontwikkelingsziektes voorkomen bij mensen, waaronder kinderkanker, die worden toegekend aan fouten in histonmodificaties. Door de eerdere beperkingen op het gebied van techniek, is nog niet bekend wat er precies fout gaat op het niveau van de chromatine. De nieuwe methodes kunnen ons begrip van chromatineregulatie tijdens goede en verstoorde ontwikkeling hopelijk snel verbeteren.

Faciliteit

Met steun van Oncode is binnen het Hubrecht Instituut de faciliteit Single cell core gerealiseerd om deze en andere methodes toegankelijk te maken voor een grotere wetenschappelijke gemeenschap.

Publicaties

scChIX infers dynamic relationships between histone modifications in single cells. Jake Yeung, Maria Florescu, Peter Zeller, Buys Anton de Barbanson, Max D. Wellenstein & Alexander van Oudenaarden. Nature Biotechnology, 2023.

Single-cell sortChiC identifies hierarchical chromatin dynamics during hematopoiesis. Peter Zeller, Jake Yeung, Helena Viñas Gaza, Buys Anton de Barbanson, Vivek Bhardwaj, Maria Florescu, Reinier van der Linden & Alexander van Oudenaarden. Nature Genetics, 2022.

De figuur bovenaan deze pagina is gemaakt door Buys de Barbanson, een van de auteurs op beide artikelen die hier besproken worden.