Onthullende rol van cellulaire conflicten bij ziekte en ontwikkeling
Conflicten zijn een normaal onderdeel van het leven. Ze vermijden en oplossen is een belangrijke vaardigheid die we al vroeg aanleren en dagelijks blijven oefenen. “Conflicten zijn echter niet alleen een sociaal fenomeen tussen menselijke individuen,” zegt coördinator van het ConflictResolution-project Stephan Hamperl(opens in new window) van Helmholtz München(opens in new window) in Duitsland. “Ze kunnen ook in ons lichaam ontstaan, in onze cellen.”
Onderzoek naar transcriptie-replicatieconflicten
‘Moleculaire machines’ verzamelen zich op verschillende plaatsen op onze chromosomen om hun specifieke functies uit te voeren. Het ConflictResolution-project, dat werd gefinancierd door de Europese Onderzoeksraad(opens in new window), werd opgezet om te onderzoeken hoe twee van deze machines, namelijk transcriptie om geninformatie uit te lezen en DNA-replicatie om het genoom te dupliceren, worden gereguleerd en gecoördineerd. “Onderzoek suggereert dat er mechanismen bestaan om deze twee essentiële processen fysiek te scheiden en zogenaamde transcriptie-replicatieconflicten (TRC’s) te vermijden,” voegt Hamperl toe. “Toch is deze scheiding niet absoluut en bepaalde regio's van het genoom kunnen worden beschouwd als hotspots waar deze twee machinerieën elkaar vaak ontmoeten.” Net zoals wanbeheer van sociale conflicten tot grote schade kan leiden, geldt dit ook voor cellulaire conflicten. TRC’s zijn daarom krachtige bronnen van instabiliteit, die mogelijk bijdragen aan kanker, veroudering en neurologische ziekten.
Uitbreiding van de gereedschapskist om cellulaire conflicten te bestuderen
Om dit fenomeen beter te begrijpen, had Hamperl eerder een reporter-systeem gebouwd om specifieke ontmoetingen tussen transcriptie- en replicatiemachinerieën te identificeren. In ConflictResolution gebruikte hij deze techniek als uitgangspunt om de impact van deze botsingen op de integriteit van DNA nader te onderzoeken, met als doel de eiwitfactoren te identificeren die nodig zijn om deze botsingen op te lossen en te overwinnen. “ConflictResolution heeft onze gereedschapskist uitgebreid om cellulaire conflicten in een borstkankergenoom te bestuderen,” legt Hamperl uit. “De genomen van kanker vertonen afwijkende transcriptie- en replicatieprofielen die kunnen leiden tot ongeplande TRC’s en bijdragen aan de pathologische transformatie van cellen.” Het project heeft een systeem opgezet om deze botsingsplaatsen in kaart te brengen en geassocieerde genetische veranderingen te identificeren in een borstkankercelmodel. Ook werd de bijdrage van TRC’s tijdens de vroege embryonale ontwikkeling in vivo beoordeeld om hun bijdrage aan celtransformatie tijdens de ontwikkeling en celdifferentiatie te bepalen.
Moleculaire mechanismen achter transcriptie en replicatie
Er zijn een aantal belangrijke doorbraken gerealiseerd. “We hebben bijvoorbeeld een histon-post-translationele modificatie genaamd H3K79-methylering gevonden die wordt afgezet op TRC-locaties, wat kan helpen om het conflict op te lossen,” zegt Hamperl. “We hebben ook in totaal 88 nieuwe factoren gevonden die zijn gerekruteerd voor TRC-locaties. Hiervan konden we een factor met de naam CGG-trinucleotide repeat binding factor 1 (CGGBP1) nader karakteriseren. Dit is een mitigator van genoomdestabiliserende DNA-structuren en daaruit voortvloeiende TRC’s.” Hamperl ontdekte ook dat pluripotente cellen – cellen die zich ontwikkelen tot veel verschillende soorten cellen of weefsels – transcriptie- en replicatiemechanismen slecht coördineren en hoge TRC-niveaus vertonen. “Dit is een moleculaire eigenschap die verloren gaat na celdifferentiatie naar meer gespecialiseerde celtypes,” legt hij uit. “Dit laat zien dat verschillende celtypen verschillen in hun vermogen om met TRC’s om te gaan.” Dit alles heeft geholpen om te bevestigen dat TRC’s een frequente, interne bron van genetische en epigenetische instabiliteit zijn en onderstreept het belang van TRC-resolutie voor cellulaire gezondheid. De impact van deze bevindingen kan verstrekkend zijn. “Met behulp van de analytische hulpmiddelen die zijn ontwikkeld als onderdeel van ConflictResolution, kunnen we een belangrijke leemte in onze kennis opvullen,” voegt Hamperl toe. “We kunnen nu de moleculaire mechanismen bestuderen die transcriptieprocessen coördineren met replicatieprocessen en de paden onthullen waarlangs TRC’s de celfunctie beïnvloeden.” Dit kan wetenschappers zoals Hamperl helpen om de progressie van ziekten beter te begrijpen en uiteindelijk leiden tot nieuwe therapeutische benaderingen.
