Chromosomen spelen vals voor plekje in eicel

Marysa van den Berg

2017-11-06 12:59:26

chromosomen

‘Egoïstische’ chromosomen maken handig gebruik van de asymmetrie in de eicelvoorloper waardoor ze eerder terechtkomen in de eicel, laat onderzoek zien.

De meeste lichaamscellen bevatten twee kopieën van 23 chromosomen, een van de vader en een van de moeder. Geslachtscellen, eicellen of spermacellen, bevatten maar één kopie van elk chromosoom. Theoretisch gezien heeft zo’n kopie vijftig procent kans om in de geslachtscel te belanden. Maar de realiteit is anders. Sommige chromosomen spelen namelijk vals en maken zo meer kans, laat een studie in Science van de University of Pennsylvania zien.

Survial of the fittest

Geslachtscellen ontstaan bij een proces dat meiose heet. Deze vorm van celdeling zorgt ervoor dat de resulterende geslachtscel één kopie van elk chromosoom bevat, in totaal 23 chromosomen. De chromosomen die het niet hebben gehaald, belanden in een tweede cel, het polaire lichaam, dat ten onder gaat.

Natuurlijk wil je als chromosoom zijnde graag in de juist cel belanden: de geslachtscel die voor nageslacht kan zorgen. Er is dan ook sprake van een heuse competitiestrijd. Denk aan survival of the fittest maar dan op het niveau van de genen zelf. Het chromosoom dat het heeft gehaald tot in de baby, maakt weer kans om later in diens kinderen terecht te komen.

Spoelfiguur

Het was al langer bekend dat chromosomen ‘egoïstisch’ zijn, want bepaalde genen worden vaker aangetroffen in geslachtscellen dan andere. Maar wetenschappers wisten nog niet hoe dit precies in zijn werk gaat. Het huidige onderzoek, onder leiding van Michael Lampson, geeft een tipje van de sluier.

Om de oneerlijke spreiding van chromosomen mogelijk te maken moet er iets gebeuren met de ‘machinerie’ van celdeling, dachten de onderzoekers. Ze keken om precies te zijn naar de meiotische spoelfiguur: de structuur die de chromosomen uit elkaar trekt elk naar een van de twee zijdes van de oöcyt. De oöcyt is de voorloper van de eicel.

Asymmetrie

Dat spoelfiguur bestaat uit eiwitten genaamd microtubuli. In muizenoöcyten zagen Lampson en collega’s dat de microtubli konden worden gemodificeerd met een bepaald ‘vlaggetje’, een atoomgroepje dat aan het eiwit wordt geplakt. Zulke ‘vlaggetjes’ kwamen veel vaker voor aan de celzijde van de spoelfiguur die uiteindelijk het polaire lichaam gaat vormen. Dichtbij wat wetenschappers de cortex noemen.

Deze asymmetrie in de cel is alleen zichtbaar bij de fase van meiose waarbij de spoelfiguur vanaf het midden van de cel richting de cortex beweegt. Dat doen Lampson en zijn team denken dat het signaal voor het erop zetten van het vlaggetje (modificeren genaamd) afkomstig is van de cortex. Maar wat is dat signaal precies?

Centromeren

De onderzoekers kenden al eiwitten die meer worden geproduceerd aan de corticale kant van de oöcyt. Ze labelden één zo’n eiwit, CDC42, en zagen dat het inderdaad de cel aanzette tot het modificeren van de spoelfiguur aan die kant.

De volgende stap was het uitvogelen hoe deze asymmetrie kan worden gebruikt door ‘egoïstische’ chromosomen om naar de eicelkant van de cel te komen. Hierbij lag de focus van Lampson en collega’s op centromeren. Dit zijn de regio’s op chromosomen die vastzitten aan de spoelfiguur.

Lamleggen

Door heel specifiek te fokken verkregen de onderzoekers muizen die in elke lichaamscel twee typen centromeren hadden, een grote en een kleine. Door eerder onderzoek vermoedden ze al dat grotere, krachtigere, centromeren eerder in de juiste zijde van de oöcyt belanden. Dit vermoeden bleek na bestudering in de muizencellen te kloppen.

Vervolgens legde het team de asymmetrie van de muizenoöcyten lam door CDC42 en eiwitten met vergelijkbare functie te muteren, zodat ze hun werk niet meer konden uitoefenen. Toen verdween de centromeerverdeling: de kleine, zwakkere, centromeren hadden net zo veel kans aan de eicelkant terecht te komen als de grotere centromeren.

Loskomen

Een chromosoom met een grote centromeer heeft dus meer kans op een plekje in de eicel en daarom in het nageslacht. Maar hoe doen ze dat precies? Live cell imaging van muizenoöcyten tijdens deze cruciale stap van meiose bracht het antwoord. Grotere en krachtigere centromeren komen eerder los van de spoelfiguur dan de zwakkere, vooral wanneer per ongeluk georiënteerd zijn richting de corticale kant van de cel. Na het loskomen drijven ze snel naar de juiste kant van de cel, geleidt door de mindere modificatie van de spoelfiguur aan die zijde. Zo ‘winnen’ ze.

“Er is nu aangetoond dat sommige chromosomen ‘egoïstisch’ zijn en hun kansen kunnen vergroten om in de uiteindelijke eicel terecht te komen”, zegt voortplantingsdeskundige Bernard Roelen (Universiteit Utrecht). “Maar het is niet duidelijk hoe de verschillende genen die op een chromosoom liggen de sterkte van het centromeer bepalen. Of is het gewoon een kwestie van toeval? In hoeverre dit mechanisme werkelijk een rol speelt bij natuurlijke selectie en evolutie is mij onduidelijk.”

Van belang

“Belangrijker is dat deze fundamentele studie licht schijnt op het proces van meiose en daarmee celdeling”, vervolgt Roelen. “Het is bekend dat bij eicellen van oudere vrouwen de meiose niet goed verloopt waardoor er te veel of te weinig chromosomen in een eicel terecht kunnen komen (dit kan leiden tot genetische afwijkingen zoals het syndroom van Down, red.). Deze bevindingen helpen ons om te weten hoe gezonde eicellen worden gevormd.”

Alles bij elkaar een heel ingewikkeld verhaal, maar wel een die van belang is dus!

Bronnen: Science, University of Pennsylvania via Phys.org

Beeld: University of Pennsylvania

Lees ook:

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!







De nieuwste editie

ook online te bestellen

Nummer 12




Meer Nieuws