Hoe wetenschappers de opgevouwen bouwplannen in hersencellen van een fruitvliegje zichtbaar maken
In elke cel van je lichaam zit een streng DNA die, helemaal uitgerold, ruim twee meter lang is. Toch past dat probleemloos in een celkern die duizenden keren kleiner is dan een millimeter. Dat lukt alleen omdat DNA op een heel precieze manier wordt opgevouwen, een beetje zoals je een lange tuinslang netjes oprolt zodat hij in een kleine kist past. Onderzoekers hebben nu een methode verfijnd om die opvouwing te bekijken in de hersenen van een levend dier, zonder het weefsel kapot te maken.
De manier waarop DNA is opgevouwen, is niet toevallig. Genen die dicht bij elkaar in de ruimte liggen, kunnen elkaar beïnvloeden. Deze 3D-structuur van het DNA (ook wel "genoomarchitectuur" genoemd) speelt daarom mogelijk een rol bij welke genen aan of uit staan in een bepaald type cel. Om dit goed te bestuderen, moet je die vouwing kunnen zien op het niveau van één enkele cel, in weefsel dat nog intact is.
Een technische puzzel
Een onderzoeksteam beschrijft in dit artikel een aangepaste versie van een techniek die Hi-M heet. Hi-M combineert een aantal bestaande methodes: een kleurtechniek die specifieke stukjes DNA zichtbaar maakt (FISH), automatische vloeistofsystemen, meerdere rondes van microscoopfoto's, en computerberekeningen die uit al die foto's de 3D-vorm van het DNA reconstrueren.
Het bijzondere aan deze versie van Hi-M is dat het werkt op dunne plakjes bevroren hersenweefsel van volwassen fruitvliegjes (Drosophila melanogaster), het bekende proefdiertje uit de biologie. Normaal gesproken is het lastig om chromatinestructuur (de manier waarop DNA en eiwitten samen zijn opgevouwen) te bestuderen zonder de cellen los te weken uit hun natuurlijke omgeving. Bij deze methode blijft de bouw van het weefsel intact, en blijft ook zichtbaar welk celtype je precies bekijkt.
Dat laatste is cruciaal. De hersenen bestaan uit tientallen verschillende soorten cellen, elk met hun eigen taak. Om dit te kunnen onderscheiden gebruiken de onderzoekers eerst een kleurtechniek die RNA zichtbaar maakt (RNA-FISH), waarmee ze bepalen met welk celtype ze te maken hebben. Pas daarna volgt de DNA-kleuring die de 3D-vouwing van het genoom in beeld brengt.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit artikel beschrijft vooral een nieuwe onderzoeksmethode, geen concrete ontdekking over hoe hersenen werken of welke ziektes hiermee te maken hebben. Het is een gedetailleerde handleiding (protocol) voor andere wetenschappers, zodat zij deze techniek kunnen toepassen op hun eigen onderzoeksvragen. Er worden in deze samenvatting geen specifieke resultaten genoemd over welke genen of hersencellen zijn onderzocht.
Waarom is dit relevant? Een betrouwbare, herhaalbare methode om DNA-vouwing te bekijken in intact weefsel opent de deur voor toekomstig onderzoek. Zo kunnen wetenschappers straks bijvoorbeeld bestuderen of de manier waarop DNA is opgevouwen verschilt tussen gezonde en zieke hersencellen, of tussen jonge en oude cellen. De onderzoekers benadrukken dat hun werkwijze aanpasbaar is: hij kan worden gebruikt voor andere stukjes DNA en andere celtypes, niet alleen in fruitvliegenhersenen.
Het fruitvliegje is al meer dan honderd jaar een geliefd proefdier in de biologie, onder andere omdat het genoom relatief overzichtelijk is en de dieren snel groeien. Technieken die eerst hier worden getest, vinden vaak later hun weg naar onderzoek bij muizen en mensen. Deze nieuwe Hi-M-methode is daarmee vooral een stap in het gereedschapskistje van de wetenschap, een stap die toekomstige ontdekkingen mogelijk moet maken.
Bron: Hi-M imaging of chromatin architecture in adult Drosophila brain cryosections