Hoe de celkern zich 'opmaakt' om door nauwe spleetjes te kruipen
Een kankercel die door weefsel beweegt, lijkt soms op iemand die door een te nauwe deuropening probeert te wurmen. Het grootste obstakel daarbij is niet de cel zelf, maar de celkern: het bolletje in het midden van de cel waarin al het DNA opgerold zit. Die kern is relatief stijf en groot, en moet toch door minuscule spleten tussen andere cellen persen. Hoe lukt dat eigenlijk?
Onderzoekers bouwden een wiskundig model dat dit proces nabootst op de computer. Ze beschreven het membraan van de cel en het membraan van de celkern als twee flexibele, bewegende oppervlakken. Die oppervlakken reageren op spanning, buigkrachten en druk van buitenaf, net zoals een ballon of een zeepbel dat zou doen onder druk.
Het DNA bepaalt hoe stijf de kern is
Maar er zit meer achter de stijfheid van een celkern dan alleen het membraan. Binnenin ligt het DNA, verpakt in een stof die chromatine heet. Hoe strakker dat chromatine opgevouwen zit, hoe stugger de kern wordt. Die verpakking wordt geregeld door chemische 'labels' op het DNA, een proces dat epigenetica heet: het gaat niet om veranderingen in de DNA-code zelf, maar om hoe strak of los die code wordt opgeborgen.
De onderzoekers keken specifiek naar twee eiwitten, SETDB1 en SUV39H1, die samen bepalen hoeveel van een bepaald chemisch label (H3K9me3) er aan de rand van de celkern wordt aangebracht. Hoe meer van dat label vlak onder het kernmembraan zit, hoe compacter en stugger die rand van de kern wordt.
Om dit te testen, gebruikten ze longkankercellen waarbij het SETDB1-eiwit in één groep cellen was uitgeschakeld. Met speciale wiskundige technieken (de zogeheten evolving surface finite element method, een methode om vervormende oppervlakken stap voor stap door te rekenen) simuleerden ze hoe deze cellen zich door een nauwe doorgang zouden bewegen.
Model klopt qua richting, niet helemaal qua cijfers
Het resultaat: het model voorspelde terecht dat cellen zonder SETDB1 een andere kernvorm krijgen en trager door de nauwe opening gaan dan gewone cellen. Dat kwam overeen met wat eerder in laboratoriumexperimenten was gemeten. De tijd die de cellen nodig hadden om de spleet binnen te gaan, nam inderdaad toe in de SETDB1-uitgeschakelde cellen, precies zoals de echte experimenten lieten zien.
Toch was die voorspelde vertraging kleiner dan wat in het echte experiment was gemeten. Het model pakt dus de juiste richting van het effect, maar niet de volledige omvang ervan.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit is één onderzoeksteam dat een wiskundig model heeft gebouwd en getest op één celtype. Het model verklaart maar een deel van het verschil in migratiesnelheid: de onderzoekers zeggen zelf dat het gedrag van de cel door meerdere factoren tegelijk wordt bepaald, niet alleen door dit ene eiwitsysteem. Het is dus geen volledige verklaring, maar een eerste stap die laat zien dat de aanpak de juiste kant op wijst.
Waarom is dit interessant? Begrijpen hoe celkernen zich vervormen tijdens migratie kan helpen om te snappen hoe kankercellen uitzaaien, want daarvoor moeten ze vaak door nauwe ruimtes tussen ander weefsel bewegen. Een model dat dit proces goed simuleert, kan in de toekomst helpen voorspellen hoe celkernen zich gedragen onder verschillende omstandigheden, zonder dat voor elk scenario een nieuw laboratoriumexperiment nodig is.