Met ons onderzoek willen we beter leren begrijpen hoe een embryo zich ontwikkelt, en richten ons daarbij op de vraag hoe cellen een specifieke identiteit aannemen en hoe ze zich op een gerichte manier door het embryo kunnen verplaatsen. We maken hierbij gebruik van het model organisme Caenorhabditis elegans, een relatief simpele nematode worm waarmee we deze processen op het niveau van enkele cellen kunnen bestuderen.

Het mechanisme van Wnt signaaltransductie

Wnt signalering speelt een belangrijke rol tijdens de embryonale ontwikkeling en het in stand houden van stamcellen in volwassen weefsels. Wanneer Wnt signalering niet goed wordt gereguleerd zijn degeneratieve ziektes en kanker het gevolg. Cellen kunnen op verschillende manieren op Wnt eiwitten reageren. Ze kunnen bijvoorbeeld hun identiteit veranderen, maar ook gaan delen, van vorm veranderen of gaan bewegen. Wij en anderen hebben aangetoond dat de zogenaamde Q neuroblasten van C. elegans een uniek systeem bieden om op zeer gedetailleerd niveau fundamentele vragen over Wnt-signalering te beantwoorden. Ons onderzoek focust zich op het mechanisme van Wnt signaaltransductie en crosstalk tussen deze routes in de regulatie van cel migratie. We maken hierbij gebruik van time-lapse confocal imaging, kwantitatieve in vivo gen expressie analyse (smFISH), cel isolatie en mRNA sequencing, en CRISPR/Cas9 genome editing.

Mechanisme van cellulaire differentiatie

Tijdens de ontwikkeling vormen zich vanuit een enkele bevruchte eicel al de verschillende celtypes van het volwassen organisme. Een centraal mechanisme in dit differentiatieproces is het aan- en uitzetten van specifieke genen waardoor de cel een specifieke identiteit kan aannemen. We gebruiken de Q neuroblasten van C. elegans, die zich vanuit een epitheliale voorloper ontwikkelen tot zenuwcellen, als een modelsysteem om te bestuderen hoe de onderliggende veranderingen in genexpressie worden gereguleerd. We hebben methoden ontwikkeld om genexpressie in enkele cellen te meten (mRNA sequencing), en zullen dit uitbreiden met technieken voor het bepalen van transcriptiefactorbinding en chromatinemodificaties.

Spatiele genexpressie analyse

Om een beter begrip te krijgen van de genetische programma’s die ten grondslag liggen aan de ontwikkeling en fysiologie van een organisme, is het belangrijk om te weten waar genen tot expressie komen. Om een genoomwijd overzicht van genexpressie patronen te verkrijgen hebben we een techniek ontwikkeld (gebaseerd op tomo-seq in zebravis) waarin we ruimtelijke informatie creëren door C. elegans eerst in zeer dunne plakjes te snijden voordat genexpressie wordt bepaald. De resulterende genexpressiekaarten geven een precieze weergave van genexpressie langs de anteroposteriore as en zijn gevoelig genoeg om genen in zeldzame cellen zoals specifieke neuronen te detecteren. We gebruiken deze methode om genexpressie veranderingen tijdens de ontwikkeling in kaart te brengen, evolutionaire aspecten van genexpressie te bestuderen, en om te kijken naar interacties tussen parasitaire nematoden en de planten die ze infecteren.