Stap voor stap embryonale ontwikkeling volgen is dé doorbraak van 2018

De ontwikkeling van embryo’s en weefsels tot in detail ontrafelen, is volgens tijdschrift Science dé wetenschappelijke doorbraak van 2018. In de top tien staat verder onder meer de toelating van een medicijn dat via RNA-interferentie werkt. Het blad publiceerde de jaarlijkse lijst eind december.

De techniek die ten grondslag ligt aan het ontrafelen van embryonale ontwikkeling, is single-cell RNA-sequencing op grote schaal. Dat wil zeggen het isoleren van duizenden intacte cellen van een organisme, en per cel in beeld brengen welke genen op dat moment actief zijn, door het RNA te sequencen. Door dit op verschillende momenten te doen, of door cellen te labelen, kan ontwikkeling in de tijd worden onderzocht. Tot nu toe was het niet mogelijk om celdifferentiatie zo gedetailleerd te onderzoeken.

Eerder lukte het al om bijvoorbeeld de genactiviteit van 50.000 cellen van een larve van een nematode op één moment in kaart te brengen. Uit de gegevens die dat opleverde, kon worden gezien welke transcriptiefactoren verantwoordelijk waren voor de ontwikkeling van gespecialiseerde celtypes. In 2018 werden stappen gezet bij meer complexe organismes, zoals zebravissen en kikkers. De single-cell RNA-sequencing wordt ook ingezet bij de ‘biologische kampioenen van de regeneratie’, zoals Science dieren noemt die in staat zijn nieuwe ledematen te laten groeien, of na doorgesneden te zijn weer praktisch een heel lichaam te fabriceren (bepaalde wormen). Bij een bepaald type salamander is zo gezien dat na het verliezen van een voorpoot, achtergebleven weefsel terugkeert naar een ongedifferentieerde toestand. Van daaruit ontstaan de verschillende soorten cellen en weefsels die een nieuwe poot vormen.  

Op menselijke embryo’s kan de techniek nog niet worden toegepast, maar onderzoekers gebruiken deze al wel op humaan weefsel en organoïden, om genactiviteit in kaart te brengen, verschillende celtypes te identificeren en na te gaan hoe cellen samenwerken om weefsels en organen te vormen. Een doorbraak is het, zegt Science, maar de revolutie is nog maar net begonnen. Wordt vervolgd dus.  

Een andere ontwikkeling die mogelijk van belang is voor de geneeskunde, is het onderzoek naar liquid-liquid-phase separation, het proces waarbij eiwitten zich afscheiden in het cytoplasma door kleine druppels te vormen. Denk aan een vinaigrette waarbij de olie zich na verloop van tijd losmaakt van de azijn. Sinds een jaar of tien is bekend dat dit proces in cellen vaak optreedt, en dat deze druppelvorming van belang is voor de organisatie van wat er zoal in een cel gebeurt. Meer kennis over deze druppelvorming kan mogelijk nuttig zijn voor de behandeling van neurodegeneratieve ziektes, waarbij pathologische opeenhopingen van eiwitten doorgaans de boosdoener zijn. Daarbij gaat er namelijk naar alle waarschijnlijkheid iets mis met deze druppelvorming, waardoor de eiwitten in plaats van vloeibaar te blijven, samenklonteren tot een vaste stof en zo celprocessen verstoren.

Wat betreft de RNA-interferentie (RNAi) gaat het om de FDA-goedkeuring van het middel patisiran bij het behandelen van een erfelijke vorm van amyloïdose (ATTR amyloïdose), een zeldzame ziekte waarbij een afwijkende vorm van transthyretine neerslaat in onder meer hart en zenuwen. Met kleine stukjes RNA (siRNA) grijpt patisiran in op mRNA dat codeert voor de aanmaak van dat eiwit. Daarmee is het het eerste siRNA-middel dat geregistreerd staat. In 2006 wonnen Andrew Fire en Craig Mello al de Nobelprijs voor de geneeskunde voor de ontdekking van RNAi. Therapeutische toepassing was moeilijk omdat de kleine moleculen in het lichaam snel werden afgebroken. Voor patisiran is dit omzeild door de siRNA te verpakken in lipide nanopartikels.

Een laatste ontwikkeling die mogelijk van belang kan zijn voor biomedici: elektronendiffractie, een manier waarmee onderzoekers zeer snel de structuur van kleine moleculen kunnen bepalen. De doorbraak vond volgens Science dit jaar plaats, en is verbazingwekkend gemakkelijk. Daarmee kan deze bijvoorbeeld voor de ontwikkeling van medicijnen van belang zijn.

Science, 2018; 1344-13  53