17 mei

Promotie Chloé Baron: single-cell sequencing en de ontwikkeling van bloedcellen

Terug naar nieuws

Dr. Chloé Baron, Hubrecht-onderzoeker uit de groep van Alexander van Oudenaarden en onder co-supervisie van Catherine Robin, deed tijdens haar promotietraject onderzoek naar de vorming van hematopoëtische stamcellen (HSC’s), de bron van alle bloedcellen in een volwassen organisme. Met behulp van single-cell-analyse ontrafelde zij de moleculaire mechanismen achter de formatie van HSC’s en de klonale geschiedenis van het hematopoëtische systeem. Baron promoveerde op 17 mei 2018 aan de Universiteit Utrecht.

Hematopoëtische stamcellen (HSC’s) zijn verantwoordelijk voor de productie van alle volwassen bloedcellen gedurende het leven van een organisme. Zowel bij de mens als bij de muis zijn volwassen HSC’s te vinden in het beenmerg, en bij de zebravis in het niermerg. Ze ontstaan voor het eerst tijdens de embryonale ontwikkeling.

Ontstaan
Hoewel het proces achter de vorming van HSC’s nog steeds onduidelijk is, is het bekend dat deze cellen ontstaan uit endotheelcellen in de aorta. Dat komt naar voren uit onderzoek met muizen, waarbij deze cellen in de aorta van het embryo worden gedetecteerd in de vorm van kleine, tijdelijke groepjes cellen die afkomstig zijn van en in contact zijn met het endotheel. Bij zebravissen zijn deze celclusters niet te vinden: daar migreren de endotheelcellen van de aortawand eerst naar de bloedstroom. Onderzoek met beide organismen toont aan dat de HSC’s zich eerst vermenigvuldigen en pas daarna migreren naar hun definitieve plaats in het been- of niermerg.

Moleculaire mechanismen bij de vorming van HSC’s
Om de aanmaak van HSC’s in het muizenembryo te karakteriseren, bestudeerde Baron deze cellen met single-cell mRNA sequencing. Deze techniek stelt onderzoekers in staat om het genetische expressieprofiel van individuele cellen te bepalen. Op deze manier bestudeerde Baron het profiel van cellen in transitie van endotheel naar hematopoëtische cellen. Ze ontrafelde de complexe transcriptionele veranderingen van deze cellen en de netwerken van transcriptiefactoren die invloed hebben op dit proces. De data die hieruit voortkomt is een belangrijke bron van informatie voor andere wetenschappers, die onderzoek doen naar de rol van transcriptiefactoren en signaleringsroutes in de aanmaak van HSC’s.

Familieverbanden
Samen met collega’s uit de Van Oudenaarden-groep heeft Baron een methode ontwikkeld die de oorsprong en afkomst kan bepalen van duizenden cellen uit hetzelfde organisme. Deze methode, ScarTrace, is gebaseerd op het aanbrengen van genetische littekens en kan worden toegepast bij het onderzoek naar de klonale geschiedenis van hematopoëtische cellen, maar ook voor het blootleggen van familieverbanden tussen cellen uit een orgaan of celtype naar keuze.

Algoritme
Een ander deel van Barons proefschrift omvat het ontwikkelen van een algoritme, GateID genaamd, dat cellen kan sorteren op basis van hun flowcytometrie-data. Het voordeel van GateID is dat het werkt op basis van algemene celeigenschappen die kunnen worden gemeten met flowcytometrie en single-cell mRNA sequencing. Het algoritme is niet afhankelijk van gelabelde antilichamen of transgene reporters. Baron demonstreert de kracht van het algoritme door verschillende celtypes effectief te zuiveren uit een dataset, die bestaat uit single-cell FACS- en transcriptoomdata, afkomstig van cellen van het hematopoëtische systeem van de zebravis en de menselijke alvleesklier. Volgens haar stelt single-cell mRNA sequencing, net zoals GateID en ScarTrace, onderzoekers in staat om biologische vraagstukken te beantwoorden over de ontwikkeling en cellulaire biologie van hematopoëse.

Alexander van Oudenaarden is directeur en groepsleider bij het Hubrecht Institute, hoogleraar Kwantitatieve Biologie van Genregulatie aan het UMC Utrecht en de faculteit Bètawetenschappen van de Universiteit Utrecht, en een van de onderzoeksleiders van Oncode Institute. Zijn groep gebruikt een combinatie van experimentele, computationele en theoretische benaderingen om de besluitvorming in cellen te kwantificeren. Het onderzoek is met name gericht op vragen uit de ontwikkelings- en stamcelbiologie.

Catherine Robin is groepsleider bij het Hubrecht Institute en is ook werkzaam bij het Universitair Medisch Centrum Utrecht. Haar groep richt zich op de vorming van het hematopoiëtische cellen tijdens de embryonale ontwikkeling.