van Oudenaarden: Kwantitatieve biologie Terug naar onderzoeksgroep De Van Oudenaarden 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. Wij zijn geïnteresseerd in hoe cellen netwerken van genen gebruiken in de besluitvorming, zelfs wanneer de genexpressie fluctueert. Hiervoor gebruiken en ontwikkelen wij een breed scala aan single-cell-methoden, waaronder sequencing en kwantitatieve imagingtechnieken. Stochastische genexpressie Binnen de grenzen van afzonderlijke cellen kunnen minieme veranderingen in de concentratie of ruimtelijke ordening van moleculen aanzienlijke effecten bewerkstelligen. Een transcriptiefactor die even vaak voorkomt in twee dezelfde cellen kan bijvoorbeeld worden gebonden aan een promotor in de ene en ongebonden in de andere, afhankelijk van de dictaten van de statistische mechanica. De eiwitproductie zou in de ene cel beginnen en niet in de andere, de fluctuatie versterken en elke cel naar een ander lot drijven. Een identiek genotype en een identieke groeiomgeving zijn dus onvoldoende om te verzekeren dat twee cellen dezelfde fenotypen zullen ontwikkelen. Een belangrijk doel van ons onderzoek is het identificeren en onderscheiden van de talloze mogelijke oorzaken van deze variabiliteit, begrijpen welke biologisch belangrijk zijn, welke niet, en vaste cijfers toekennen aan deze variabelen. Ontwikkeling van nieuwe hulpmiddelen voor het kwantificeren van genexpressie in afzonderlijke cellen Aangezien het steeds duidelijker wordt dat genexpressie in individuele cellen significant afwijkt van het gemiddelde gedrag van celpopulaties, zijn nieuwe methoden nodig die nauwkeurige tellingen verschaffen van mRNA-kopieën in individuele cellen. We ontwikkelen nieuwe in situ-methoden en op sequenties gebaseerde methoden om transcriptieniveaus in afzonderlijke cellen te kwantificeren. MicroRNA MicroRNA’s (miRNA’s) zijn korte, sterk geconserveerde niet-coderende RNA-moleculen die de genexpressie op een sequentieafhankelijke manier onderdrukken. MiRNA’s reguleren eiwitsynthese in het celcytoplasma door de afbraak van doelwit-mRNA’s te bevorderen en/of hun translatie te remmen. Hun belang wordt gesuggereerd door de voorspellingen dat elk miRNA honderden genen als doel heeft en dat de meerderheid van de eiwitcoderende genen miRNA-doelen zijn; door hun overvloed, met enkele miRNA’s uitgedrukt tot 50 duizend kopieën per cel; en door hun sequentiebehoud, met enkele miRNA’s geconserveerd van zee-egels tot mensen. MiRNA’s kunnen een grote verscheidenheid aan cellulaire processen regelen, van differentiatie en proliferatie tot apoptose. MiRNA’s verlenen ook robuustheid aan systemen door het stabiliseren van de genexpressie tijdens stress en in overgangen tijdens de ontwikkeling. In ons lab gebruiken we een combinatie van kwantitatieve single-cell-experimenten en computer/in silico-modellen om de miRNA-regulatie te onderzoeken. We zijn vooral geïnteresseerd in hoe miRNA’s drempels kunnen genereren in doelwitgenexpressie en feedforward- en feedbackloops in gennetwerken kunnen bewerkstelligen.
