6 maart

Wetenschappers ontwikkelen methode om nieuw gemaakte gentranscripten te onderscheiden van oude gentranscripten

Terug naar nieuws

Onderzoekers uit de groepen van Alexander van Oudenaarden, Hans Clevers en Marvin Tanenbaum hebben een nieuwe methode ontwikkeld om te beoordelen hoe de productie en afbraak van gentranscripten worden gereguleerd. In deze studie, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science op 6 maart, ontdekten ze dat cellen verschillende strategieën gebruiken om het aantal transcriptkopieën te regelen. Dit is nodig is om de cel goed te laten functioneren.

Ons lichaam bestaat uit triljoenen cellen die allemaal hetzelfde DNA bevatten. Hoewel het DNA in elke cel hetzelfde is, bestaan ​​we uit veel verschillende celtypen, elk met verschillende functies. In verschillende celtypen zijn verschillende sets genen in het DNA actief – verschillende recepten worden gebruikt om de componenten van de cel te bouwen. Dit bepaalt op zijn beurt het celtype, bijvoorbeeld een huidcel of een spiercel. Om dit te doen, maakt de cel kopieën van de genen, zogenaamde transcripten, die kunnen worden gebruikt om eiwitten te produceren.

Naarmate cellen zich specialiseren, of differentiëren, veranderen de niveaus van transcriptie en degradatie van gentranscripten. Transcriptiesnelheden worden hoger, terwijl de hoeveelheid degradatie daalt. Bron: Nicolas Battich, © Hubrecht Institute.

Evenwicht tussen creatie en vernietiging
Het aantal transcripten van elk gen in een cel is een maat voor de activiteit van deze genen. Dit aantal kan worden beïnvloed door nieuwe kopieën te maken, een proces dat transcriptie wordt genoemd, en door reeds bestaande kopieën te vernietigen, een proces dat degradatie wordt genoemd. In individuele cellen wordt het aantal transcriptkopieën meestal gemeten door de cel kapot te maken. Het aantal transcriptkopieën kan dus niet in de loop van de tijd in dezelfde cel worden gevolgd. Tot nu toe was het daarom onduidelijk hoe een combinatie van transcriptie en degradatie in een enkele cel het aantal kopieën van een bepaald transcript regelt.

Nieuwe kopieën labelen
Onderzoekers van de groepen van Alexander van Oudenaarden, Hans Clevers en Marvin Tanenbaum hebben dit probleem aangepakt door een nieuwe eencellige sequentietechniek te ontwikkelen waarmee ze nieuw gemaakte transcripten kunnen onderscheiden van reeds bestaande transcripten. Nicolas Battich, eerste auteur van deze studie: “We hebben een methode ontwikkeld waarmee we alle nieuwe kopieën die in een cel worden gemaakt labelen, zodat we de kopieën die gemaakt zijn sinds we met het experiment begonnen kunnen herkennen aan dat label.” Door de labeltijd te variëren konden de onderzoekers onderzoeken hoeveel transcripten werden gemaakt of vernietigd in een bepaalde periode.

Verschillende strategieën
Door de uitkomsten van deze experimenten te combineren met computermodellen, konden de onderzoekers achterhalen dat zowel transcriptie als degradatie sterk betrokken zijn bij het reguleren van het aantal kopieën van een transcript. Battich: “Cellen lijken verschillende strategieën te gebruiken om de activiteit van hun genen, ofwel het aantal kopieën van deze transcripten, te reguleren. Voor sommige genen moet de cel het aantal exemplaren heel snel kunnen aanpassen. Die genen hadden zowel in grote hoeveelheden aangemaakt als afgebroken. Door beide processen te gebruiken, konden cellen het aantal kopieën zeer snel wijzigen, bijvoorbeeld door de transcriptie te verminderen en tegelijkertijd de degradatie te verhogen. ”

De nieuwe methode, genaamd scEU-seq, kan worden gebruikt om allerlei verschillende processen te bestuderen, zoals bijvoorbeeld de specialisatie van cellen tijdens de ontwikkeling en de regulatie van celdeling in gezonde en kankersystemen.

Publicatie
Sequencing metabolically labeled transcripts in single cells reveals mRNA turnover strategies.. Nico Battich, Joep Beumer, Buys de Barbanson, Lenno Krenning, Chloé S. Baron, Marvin E. Tanenbaum, Hans Clevers, Alexander van Oudenaarden. Science 2020.

Dit onderzoek was een samenwerking tussen de groepen van Alexander van Oudenaarden, Hans Clevers en Marvin Tanenbaum van het Hubrecht Instituut voor Ontwikkelingsbiologie en Stamcelonderzoek.

 

 

Alexander van Oudenaarden is directeur van het Hubrecht Institute, groepsleider, hoogleraar Kwantitatieve Biologie van Genregulatie aan het UMC Utrecht en de Universiteit Utrecht, en Oncode Investigator.

 

 

Hans Clevers is groepsleider bij het Hubrecht Institute en het Prinses Máxima Centrum voor kinderoncologie, hoogleraar Moleculaire Genetica aan het UMC Utrecht en de Universiteit Utrecht, en Oncode Investigator.

 

 

Marvin Tanenbaum is groepsleider bij het Hubrecht Institute en Oncode Investigator.