Delta1 en Delta4 activeren dezelfde receptor, maar de resultaten (in rood en blauw) zijn totaal verschillend (afb: Cell)

Het blijkt dat cellen er onderling een hoop op los ‘ouwehoeren’. Onderzoekers ontdekten een intercellulair communicatiesysteem dat meer boodschappen over en weer stuurt dan tot nu toe gedacht is. Dat deden ze door de signalen in tijd te variëren. De onderzoekers hebben het dan over een ‘dynamische woordenschat voor de taal van de celcommunicatie’. Klinkt dat niet poëtisch (bijna)?

In meercellige organismen moeten cellen met elkaar communiceren om hun activiteiten op elkaar af te kunnen stemmen. Het schijnt lastig geweest te zijn die taal te ontcijferen. Onderzoekers rond  Michael Elowitz van het technologische instituut van Californië (CalTech) ontdekten dat cellen veel meer berichten over het ‘communicatiekanaal’ te versturen door die op het ritme van de tijd te coderen.
Ze waren vooral geïnteresseerd in een communicatiesysteem dat de Notch wordt genoemd, keep. Dat wordt in bijna elk weefsel van dieren gebruikt (dus ook bij mensen). Als er in dat systeem iets fout gaat, dan gaat het met het dier (of mens) in kwestie niet goed. Zo is bij kankeronderzoek dat Notch-systeem een populair onderzoeksdoelwit.
Voor de communicatie gebruiken cellen speciale moleculen, liganden, die wisselwerken met moleculaire receptoren (‘antennes’). Als een cel via Notch laat weten dat zijn buren moeten delen dan produceert die bepaalde Notch-moleculen op zijn celoppervlak. Die binden zich aan receptoren op het membraan van naburige cellen, waardoor er transcriptiefactoren worden aangemaakt. Die op hun beurt wandelen naar de kern en activeren bepaalde genen waardoor, in dit geval, de cel voorbereidselen treft om te gaan delen.

Die Notch-moleculen brengen die kettingreactie teweeg door iets in de structuur van de receptoren te veranderen. Al die Notch-moleculen doen dat op eenzelfde manier en daarom namen wetenschappers aan dat de ontvangende cel niet in staat is om te bepalen om welk Notch-molecuul het zou gaan en dus ook niet wat de boodschap zou zijn.
“De enige manier, zo lijkt het, waarop cellen onderscheid kunnen maken tussen twee Notch-moleculen, als ze dat al kunnen, is de kracht waarmee de Notchliganden de receptor activeren. Tot nu toe leek het er op dat, anders dan de hedendaagse telefoons of radio’s, cellen problemen hebben de inkomende signalen te ontcijferen”, promovendus Nagarajan Nandagopal. “Ze kennen perfect het onderscheid tussen wel en geen signaal, maar niet veel meer. Zo lijkt dat communicatiesysteem meer op rooksignalen dan op sms-en. De vraag is hoe de cel onderscheid maakt tussen twee liganden, die er van een afstandje overeenkomstig uitzien?”

Patroon

Nandagopal en de zijnen vroegen zich af of dat misschien kon liggen aan het patroon in de tijd van die activering door de verschillende Notch-moleculen, oftewel hoe de rook in de tijd wordt uitgestoten (om het beeld van rooksignalen aan te houden). Ze ontwikkelden een systeem waarmee ze van elke cel de signalering direct konden opnemen. Door de liganden (de Notchmoleculen) en de receptoren uit te rusten met fluorescerende ‘lampjes’, konden ze zien hoe de signalering verliep.

Ze bekeken twee verwante Notch-moleculen: Delta1 en Delta4. Het bleek dat ondanks de overeenkomsten tussen die moleculen het tijdspatroon heel verschillend was. Delta1 activeerde een aantal receptoren tegelijkertijd, waardoor ineens heel veel transcriptiefactoren in de kern aan de slag gingen, zoiets als een aantal gigantische rooksignalen. Delta4 activeerde afzonderlijke receptoren waardoor een constante stroom van afzonderlijke transcriptiefactoren aan het werk ging, zoiets als een ononderbroken rooksignaal.

Elowitz: “Cellen spreken een aantal verschillende talen, maar ze werken samen aan een ongelooflijke verscheidenheid aan taken. We hebben altijd gedacht dat die talen uiterst simpel waren, maar we hebben nu laten zien dat het een stuk ingewikkelder is en dat ze een grotere woordenschat hebben dan wij dachten. En waarschijnlijk is wat we ontdekten nog maar het topje van een ijsberg van de celcommunicatie.”

Bron: Science Daily