Als stamcellen delen moet het DNA verdubbeld worden. Dat gebeurt anders bij stamcellen (boven) dan bij embryonale bindweefselcellen, bijvoorbeeld (onder) (afb: Tomomi Tsubouchi et al./EMBO Reports)

Embryonale stamcellen zijn pluripotente stamcellen die alle celtypen van een organisme kunnen produceren. Ze prolifereren snel en er werd aangenomen dat ze hoge niveaus van intrinsieke replicatiestress zouden ondervinden. Dat lijkt anders te zitten. Stamcellen hebben een ander replicatieritme dan gespecialiseerde cellen.Als DNA wordt verdubbeld ontstaat een replicatievork. Replicatievorken zijn de twee losgewrikte strengen van de DNA-helix die worden gebruikt als mal voor de nieuwe (spiegel)kopie. Tomomi Tsubouchi van het nationaal instituut voor basisbiologie  (NIBB) in Japan onderzocht met collega’s de dynamiek van de replicatievork – zoals de snelheid van de replicatievork, de pauzefrequentie en de oorsprongsdichtheid  – in verschillende subfasen van de S-fase (een fase in de celcyclus). Hun bevindingen onthullen eerder over niet ontdekte aspecten van replicatie, niet alleen in embryonale stacellen, maar ook in andere, niet-stamcellen.

“Door cellen in subfasen van de S-fase te fractioneren en DNA-vezelanalyses uit te voeren op deze gesorteerde populaties, ontdekten we dat pluripotente stamcellen van zoogdieren een lage vorksnelheid en een hoge actieve oorsprongsdichtheid behouden gedurende de S-fase, met minimale vorkpauzes,” zegt hoofdauteur Kiminori Kurashima.   Bij niet-stamcellen zie je lagere vorksnelheden aan het begin van de S-fase, maar die daarna versnellen. Niet-pluripotente cellen ervaren ook vorkpauzes specifiek in de vroege S-fase, waarschijnlijk om de controlepuntmechanismen te activeren om de vorkversnelling te vergemakkelijken en pauzes te verminderen, veronderstellen de onderzoekersters.

Het onderzoek toont ook aan dat stamcellen van muizen bij differentiatie (rijping in functionele cellen) replicatiekenmerken aannemen die vergelijkbaar zijn met die van niet-stamcellen. Bovendien zie je sommige kenmerken van DNA-replicatie in muizenstamcellen ook bij menselijke pluripotente stamcellen ontwikkeld uit gerijpte cellen. Dat lijkt er op te wijzen dat de langzame replicatievork met hoge oorsprongsdichtheid een kenmerk zou zijn van pluripotentie. Verrassend genoeg leidde het forceren van een versnelling van de replicatievorken tot problemen bij de voltooiing van genoomreplicatie en voortgang van de celcyclus.

Geen stress

Tsubouchi: “Volgens ons zijn langzame replicatievorken geen uiting van replicatiestress, maar eerder een integraal kenmerk van DNA-replicatie in embryonale stamcellen. Onze studie onderstreept de dynamische regulatie van DNA-replicatie en benadrukt hoe verschillende celtypen verschillende mechanismen gebruiken.”

Bron: Science Daily