Genetische ruis in stamcellen bepaalt latere ontwikkeling

Stamcellen kunnen zich tot verschillende celtypen ontwikkelen. Tot nog toe dacht men dat groeifactoren en andere stoffen uit de omgeving bepalen welke ontwikkeling een stamcel doormaakt. Amerikaanse en Britse onderzoekers laten echter zien dat ook verschillen tussen stamcellen onderling de kans dat ze zich in de ene of andere richting ontwikkelen beïnvloeden. De verschillen komen tot uiting in de activiteit van een heel netwerk van genen. Dat niet alle genen van stamcellen even actief zijn, was wel bekend, maar werd meestal afgedaan als ruis. Die ruis blijkt nu wel degelijk biologisch van betekenis te zijn. (Nature, 22 mei).

De onderzoekers vroegen zich af hoe de voorlopers van rode of witte bloedcellen uit ogenschijnlijk identieke bloedstamcellen ontstaan. Daarbij ontdekten zij dat een eiwit dat alleen in stamcellen voorkomt, Sca-1 genaamd, van cel tot cel in zeer wisselende concentraties aanwezig kan zijn. Sommige cellen bevatten wel duizend keer zoveel Sca-1 als andere. Als ze cellen met veel, gemiddeld of weinig Sca-1 afzonderlijk opkweekten, bleken de nieuwgevormde cellen dezelfde variatie in het Sca-1-gehalte te vertonen als de oorspronkelijke populatie.

Om de biologische betekenis van deze variatie te achterhalen, kweekten de onderzoekers stamcellen in medium met erythropoiëtine, het hormoon dat de aanmaak van rode bloedcellen bevordert. Daarbij bleek dat stamcellen met weinig Sca-1 zich veel vaker tot voorlopers van rode bloedcellen ontwikkelen dan cellen met veel Sca-1. Bij een soortgelijk experiment met een groeifactor voor witte bloedcellen gebeurde het omgekeerde: vooral de stamcellen met veel Sca-1 reageerden. Onderzoek van de eiwitten GATA1 en PU.1, die door hun invloed van de activiteit van bepaalde genen de vorming van rode, respectievelijk witte bloedcellen in de hand werken, wees uit dat GATA1 in hogere concentraties voorkomt in cellen met weinig Sca-1 en PU.1 in cellen met veel van dit stamceleiwit. Een van de meest opvallende uitkomsten was echter dat deze variaties in de stamcelpopulaties na een week afvlakten. Een analyse van de activiteiten van alle genen wees uit dat in de verschillende stamcellen ongeveer 3900 van de pakweg 30.000 genen een hogere of lagere activiteit vertonen en dat ook deze verschillen in de loop van de tijd afnemen. Een stamcelpopulatie met cellen van verschillende leeftijd vertoont dus een heel stabiele variatie. Hierdoor is deze als het ware voorbereid op alle mogelijke veranderingen in de omgeving en kan steeds in een wisselende behoefte aan rode of witte bloedcellen voorzien.

Het onderzoek heeft belangrijke implicaties voor onderzoekers die louter rode of witte bloedcellen willen kweken uit stamcellen. Door er allerlei hormonen of andere groeistoffen aan toe te voegen, werd hooguit de helft van de stamcellen tot differentiatie aangezet. Dit percentage kan sterk opgevoerd worden door eerst het juiste subtype stamcel te isoleren. Huup Dassen