Blauw gekleurde celuitlopers dragen op hun punten roodgekleurde Wnt-eiwitten. De contacten zijn geel. (Afb: Eliana Stanganello en Steffen Scholpp)

Cellen in een embryo zijn in den beginne allemaal dezelfde. Na enkele delingen treedt er celdifferentiëring op. Hoe ‘weten’ cellen tot wat voor een soort cellen ze zich moeten ontwikkelen, is dan de grote vraag. Het schijnt dat cellen elkaar signalen geven via boodschappers, Wnt-eiwitten, die de cel doorgeven waar die zich bevindt in de cellenverzameling en daarmee tot wat voor een type cel die zich dient te ontwikkelen. Onderzoekers van Karlsruher instituut voor technologie (KIT) zijn erachter gekomen dat die boodschappers zich via draadachtige celuitlopers verplaatsen. Ze deden hun onderzoek aan zebravisjes en kweken van mensencellen.

Organismen, organen en weefsels zijn ingewikkelde ruimtelijke systemen die vele honderden verschillende celtypen bestaan. In de ontwikkeling van de vrucht moet elke cel weten waar die zich bevindt in het systeem. Die informatie wordt doorgegeven door signaalstoffen (de ‘boodschappers’), ook wel morfogenen genoemd. Die morfogenen komen in het organismen niet gelijkmatig verdeeld voor. Afhankelijk van de concentratie worden bepaalde genen aangeschakeld in de doelcel.
De cellen in een zich ontwikkelend centraal zenuwstelsel krijgen hun boodschappen van de Wnt-eiwitten. De concentratie van de eiwitten bepaalt of een cel, bijvoorbeeld, een ruggenmergcel of een cel in de frontaalkwab van de hersens wordt. „De verspreiding van die signaalstoffen moet nauwkeurig geregeld worden”, zegt onderzoeker  toxicoloog Steffen Scholpp van het KIT. „De kleinste veranderingen in de concentratie of transportrichting zou tot grote schade kunnen leiden, zoals misvorming in de embryonale ontwikkeling of het ontstaan van kanker.” De onderzoeksgroep van Scholpp heeft voor het eerst aangetoond dat die Wnt-eiwitten zich heel gericht verplaatsen via celuitlopers, de zogeheten. Ze binden aan specifieke receptoren op het celmembraan en bereiken zo dat de cel ‘weet’ wat die moet doen. “Zo kan de broncel precies ‘beslissen’ hoeveel signaalstoffen wanneer bij welke cel terechtkomen.” Bij onderzoek aan zebravisjes en aan menselijke kweekcellen lukte het de onderzoekers het aantal celuitlopers te vergroten of te verkleinen, zodat ze de veranderde signaaleigenschappen van de boodschappers konden analyseren. filopodiën Veränderungen der Konzentration oder der Transportrichtung können zu schweren Schäden führen, beispielsweise zu massiven Fehlbildungen in der Embryonalentwicklung oder zur Entstehung von Krebs.“
Die Arbeitsgruppe um Dr. Steffen Scholpp hat nun zum ersten Mal gezeigt, dass die Wnt-Proteine über lange Zellfortsätze, sogenannte Filopodien, zielgerichtet weitergegeben werden. Wie die Wissenschaftler im Magazin Nature Communications berichten, werden die Signalfaktoren nur auf der Spitze der Filopodien geladen. So können sie nach Kontaktaufnahme sofort signalisieren: Sie binden an die entsprechenden Rezeptoren der Zielzelle und induzieren die korrekte Zellantwort. „Somit kann die Quellzelle genau entscheiden, wie viel Signalstoff welche Zielzelle zu welchem Zeitpunkt bekommt“, erläutert Scholpp. In Untersuchungen an Zebrafischen und an humanen Zelllinien gelang es den KIT-Forschern, die Zellfortsätze zu vermehren oder zu reduzieren und die dadurch veränderten Signaleigenschaften der Wnt-Morphogene zu analysieren.

Bron: Alpha Galileo