Onderzoekers rond Otger Campàs van de technische universiteit Dresden zouden hebben ontdekt dat celkernen een belangrijke rol spelen in het vormgeven van organen als ogen en hersens (van zebravisembryo’s). Eerder deze week kwamen collega’s van Campàs ook al met een verhaal over de drijvende kracht van vormgeving van dierlijke weefsels.
“We maten de stijfheid van het weefsel in het netvlies van zebravissen en realiseerden ons dat dit afhankelijk was van de pakking van kernen”, zegt Campàs, directeur van PoL (Physics of Life) en voorheen actief bij de universiteit van Californië in Santa Barbara. “Dat was totaal onverwacht, omdat het idee is dat weefselmechanica afhankelijk is van interacties met celoppervlakken, maar niet van organellen in cellen.”
In elke cel vervullen afzonderlijke cellichaampjes, organellen genaamd, belangrijke functies, maar dat deze organellen ook bijdragen aan de vormgeving van weefsels en organen was niet bekend. Aangezien die in cellen zitten opgesloten, leek het onwaarschijnlijk dat organellen een directe rol speelden bij het bouwen van organen tijdens de embryogenese.

In de celkern ligt informatie opgeslagen in DNA. De celkern is echter ook het grootste en stijfste celorgaan en kan naast het verwerken van informatie ook de fysieke structuur van het weefsel beïnvloeden. Gebiologeerd door de rol die de celkern kan spelen bij de vorming van weefsel, besloten Campàs en collega’s de rol van celkernen bij de vorming van organen te bestuderen.

Eerder onderzoek van zijn groep had aangetoond dat celverzamelingen tijdens de embryonale ontwikkeling als een soort schuim fungeren dat ofwel kon worden vastgezet om de weefselarchitectuur te ‘bevriezen’ en zo zijn vorm te bepalen, of ‘smelten’ om weefsels te laten ‘stromen’ en ze een andere vorm te geven. “Door het actieve schuimmodel uit te breiden, hebben we een nieuwe overgang van vaste-naar-vloeistof ontdekt, die wordt bepaald door de relatieve grootte van celkern en cellen”, stelt medeonderzoeker Sangwoo Kim.
Toen de auteurs de kerngroottes vergeleken met die van cellen in oog- en hersenweefsel in zowel experimentele als theoretische omstandigheden, ontdekten ze dat als de kern een groot deel van de celruimte inneemt, de stijfheid van het weefsel direct door de kern werd aangestuurd. Bovendien ontdekten ze ook dat wanneer de kernen zo dicht gepakt zijn, de cellen zich in bijna kristallijne structuren ordenen.

“Wanneer de kernen mechanisch beginnen te wisselwerken, worden zowel de weefselmechanica als de celordening niet bepaald door het celoppervlak, maar eerder door de kern zelf die de stijfheid van het hele weefsel bepaalt,” zegt Campàs.

Zebravisjes

Om te onderzoeken hoe de grootte van de celkern de orgaanvorming beïnvloedt, gebruikten de onderzoekers zebravisjes. Deze gewervelde diertjes zijn een gangbaar ‘model’ om dit soort ontwikkelingsvragen aan te onderzoeken. Daarbij is het handig dat de embryo’s volledig doorzichtig zijn en snel volwassen worden, waardoor de ruimtelijk orgaanvorming vrij makkelijk in beeld kan worden gebracht. Daarbij keken de onderzoekers vooral naar de ontwikkeling van de ogen en de hersens van de visembryo’s.

Zo zagen ze dat veranderingen in cel- en kerngroottes tijdens belangrijke stadia van ontwikkeling de kernen op hun plaats ‘vastzetten’, doordat ze strak omsloten worden door hun buren. Tijdens deze overgang passen de kernen netjes op elkaar, als koffiebonen in een pot en deze organisatie kan belangrijk zijn voor het functioneren van het oog.
In mensenogen lijkt de pakking van cellen erg gestructureerd, vaak met een zeer regelmatige, haast kristallijne structuur die nodig is om visuele signalen te verwerken. Bij zebravissen is dat niet anders en de kristallijne structuur van cellen lijkt het resultaat te zijn van het fixeren van kernen als het oog zich ontwikkelt.

Ook in de hersens bleken de celkernen de leiding van het vormproces te hebben. Wellicht dat bepaalde hersenziektes zouden kunnen ontstaan doordat dit mechanisme tijdens de ontwikkeling niet helemaal goed is verlopen. Het lijkt er op dat weer een klein stukje van de vorming van organen en weefsels is opgehelderd.

Bron: Science Daily“>