De embryonale huidcellen organiseerden zich in een petrischaaltje tot een ring en, uiteindelijke, tot veerfollikelcellen (afb: Rockefelleruniversiteit)
Embryo’s bestaan oorspronkelijk uit dezelfde cellen. Al langer leeft de vraag hoe daaruit een organisme kan ontstaan met wel honderden verschillende celsoorten. Het lijkt er op dat trekken en duwen van de embryocellen leidt tot die celdifferentiëring, https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.023“>zo concluderen onderzoeksters op basis van onderzoek aan kippenembryocellen. Geïsoleerde embryonale huidcellen van kippen organiseerden zich spontaan doordat cellen aan elkaar trekken en duwen. Daardoor vormden zich in 48 uur haarzakjes voor de veren van de kip in wording.Al lang hebben wetenschappers zich het hoofd gebroken over hoe een kluitje eenvormige cellen zich ontwikkelt tot een organisme met verschillende cellen voor weefsels en organen met heel verschillende eigenschappen. Meer dan vijftig jaar heeft de wetenschap zich verlaten op een verklaring van de bekende wiskundige Alan Turing, die de oorsprong van die differentiëring zocht in signaalstoffen. Een biochemisch proces, dus.
Steeds meer onderzoekers in dit veld namen daar geen genoegen meer mee. De verklaring van Turing zou maar een deel van het verhaal zijn. “De schoonheid van die verklaring heeft ons volgens mij verblind”, zegt Amy Shyer, een ontwikkelingsbiologe van de Rockefelleruniversiteit. Zij had het idee dat fysieke krachten op cellen inwerken wanneer die groeien en zich delen. Die krachten zouden een grote rol spelen in die, wat heet, morfogenese.
De experimenten die zij met collega’s uitvoerde bij embryonale huidcellen van kippen ondersteunen die hypothese. Net zoals dat de oppervlaktespanning van water er voor kan zorgen dat water druppels vormt op een glasplaat, zo kunnen krachten binnen een embryo leiden tot patronen die de groei en de genactiviteit in zich ontwikkelende weefsels sturen.
Als een embryo groeit trekken en duwen de cellen aan/tegen elkaar zoals stoeiende pubers wel doen. Sommige wetenschappers hebben het idee geopperd dat die krachten in combinatie met de druk en de stijfheid van de cellen zou kunnen leiden tot ingewikkelde patronen, maar het bleek lastig te zijn die krachten los te zien van de scheikundige broeipot waarin zo’n embryo zich bevindt in de baarmoeder.
Shyer en de haren haalden de huid van een kippenembryo en trokken de cellen van elkaar. Die cellen werden in een petrischaaltje gedruppeld om die zich daar te laten ontwikkelen. De cellen vormden spontaan een ringstructuur en ook collageenvezels bij wijze van extracellulaire matrix. Die stoeiden met elkaar. Na 48 uur vormden zich veerfollikels (haarzakjes, in dit geval veerzakjes).
Een dans
Later konden de onderzoeksters aantonen dat de mate van celcontractie en andere variabelen die krachten uitoefenen op de cellen direct zorgden voor de waargenomen ontwikkeling. “Ik denk dat de grootste verrassing was hoe de cellen wisselwerkten met de extracellulaire matrix op een heel dynamische manier om deze patronen te vormen”, zegt medeonderzoeker Alan Rodrigues. “Het bleek een dans tussen die twee te zijn.”
De onderzoeksters hopen in de toekomst een groter deel van de sluier op te lichten. Shyer: “We dachten dat als we het genoom beter bestudeerden dat alles duidelijk zou worden, maar de antwoorden op belangrijke vragen kunnen wel eens niets met het genoom te maken hebben.” Ooit werd gedacht dat het samenspel tussen genen en hun producten (de eiwitten) de embryo-ontwikkeling stuurde, maar het lijkt er nu op (zeker is nog niks) dat het sturend mechanisme buiten de cellen zelf ligt. Wordt ongetwijfeld vervolgd.
Bron: Quanta Magazine