Om op de plaatsen te komen waar ze nodig zijn, knijpen immuuncellen niet alleen door kleine poriën. Ze overwinnen zelfs muurachtige barrières van dicht opeengepakte cellen. Wetenschappers van het Institute of Science and Technology Austria (ISTA) hebben nu ontdekt dat celdeling de sleutel tot hun succes is. Samen met andere recente onderzoeken geven hun bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Science, een volledig beeld van een proces dat even belangrijk is voor genezing als voor de verspreiding van kanker.
Stel je een stenen muur voor op het platteland. Strak opeengepakt, zit de ene steen op de andere en vult de kleinste gaten. Een schijnbaar onoverkomelijk obstakel. Op hun weg door het lichaam om infecties te bestrijden, worden immuuncellen geconfronteerd met dergelijke barrières in de vorm van celdicht weefsel. Om hun werk als reddingsdienst van het lichaam te kunnen doen, moeten ze een manier vinden om er doorheen te komen. In een recent onderzoek hebben wetenschappers van ISTA’s Siekhaus-groep, samen met medewerkers van het European Molecular Biology Laboratory (EMBL) en drie studenten van een lokale middelbare school, onder de loep genomen hoe dit gebeurt in fruitvliegembryo’s.
Tijdens de ontwikkeling van deze kleine, transparante dieren infiltreren macrofagen, de dominante vorm van immuuncellen in fruitvliegen, weefsels. Met behulp van hoogwaardige microscopen konden de wetenschappers hun reis volgen. “De macrofagen komen aan bij de muur en zoeken naar de juiste plek om binnen te komen”, legt Maria Akhmanova uit, tot voor kort postdoc bij de onderzoeksgroep van Daria Siekhaus en eerste auteur van het onderzoek.
Nieuwe wegen inslaan
Aanwijzingen die de macrofagen leiden, hebben ze naar de juiste plek geleid. Daar wacht de pionier-macrofaag, de eerste cel die binnenkomt. Plots begint een deel van de muur te bewegen. De cel recht voor de macrofaag wordt naar boven afgerond en bereidt zich voor om te delen – een normaal onderdeel van zijn celcyclus. “Dit is waar de pionier op heeft gewacht”, zegt Akhmanova. De pioniercel beweegt zijn celkern vooruit en duwt nu naar voren terwijl alle andere macrofagen in zijn sporen volgen. Zoals de Siekhaus-groep onlangs ook ontdekte, krijgt de pionier om door te breken een extra energiestoot door een complex proces dat wordt aangestuurd door een nieuw ontdekt eiwit dat de wetenschappers Atossa noemden. Bovendien ontdekten de wetenschappers dat om hun gevoelige kern tegen schade te beschermen, de macrofagen een beschermend pantser ontwikkelen dat is gemaakt van actinefilamenten.
Celdeling cruciaal voor succes
Door de deling specifiek van de flankerende weefselcellen precies te remmen, te vertragen en te versnellen, konden de onderzoekers nu bewijzen dat de cruciale component die immuuncellen toelaat om binnen te komen, in feite de celdeling is. Terwijl het naar boven komt om zich voor te bereiden op deling, verliest de weefselcel op de ingangsplaats enkele van zijn verbindingspunten met zijn omgeving, observeerden de onderzoekers door middel van live-beeldvorming. In samenwerking met het De Renzis-lab van EMBL hebben de onderzoekers ook kunstmatig ronding geïnduceerd door middel van een geavanceerde techniek waarbij licht wordt gebruikt om genetische veranderingen te induceren. Dit was niet voldoende om de macrofagen binnen te krijgen. Maar het genetisch verminderen van de hoeveelheid celverbindingen was dat wel. “Het was heel spannend om te zien hoe de macrofagen het weefsel pas konden binnendringen als de weefselcel zijn verbindingen verloor”, zegt Akhmanova.
Krachtige implicaties voor kankeronderzoek
“Celdeling als het belangrijkste proces dat de infiltratie van macrofagen regelt, is echt een zeer elegant concept met krachtige implicaties”, zegt professor Daria Siekhaus enthousiast. Hetzelfde mechanisme dat macrofagen helpt om weefsels binnen te dringen, kan ook essentieel zijn voor veel andere soorten immuuncellen bij gewervelde dieren zoals mensen. Op de lange termijn willen de wetenschappers graag weten of het manipuleren van de verbindingen of de delingen van de weefselcellen kan helpen de infiltratie van tumoren door immuuncellen te vergroten om ze van binnenuit te bestrijden of het vermogen van immuuncellen om weefsels aan te vallen tijdens auto-immuniteit te verminderen. “Onze bevindingen zullen ook van invloed zijn op elke onderzoeker die werkt aan een migrerende cel in de context van het lichaam”, legt de celbioloog uit.
Voor haar studie dook de theoretisch biofysicus en Lise Meitner fellow Maria Akhmanova diep in de wereld van de microscopie. Met de hulp van haar mentor Daria Siekhaus leerde ze alles over de fascinerende en zeer behulpzame fruitvliegjes. Ook drie leerlingen van de Hogeschool Klosterneuburg maakten deel uit van het team. Tijdens een schoolreisje naar de laboratoria van het Instituut ontdekten ze hun enthousiasme voor onderzoek. Daarom hielpen ze Akhmanova met het kruisen en identificeren van fruitvliegjes en schreven ze zelfs een algoritme om de beeldanalyse te versnellen. “Het succes van dit onderzoeksproject werd mogelijk gemaakt door de gezamenlijke krachten van vele wetenschappers en de enorme hulp van drie gemotiveerde middelbare scholieren!” zegt Achmanova.
Het ISTA-projectdeel werd ondersteund door financiering van het Oostenrijkse wetenschapsfonds FWF: Lise Meitner Fellowship.
Video: https://youtu.be/IdVBkLXYfXg
Bron: lees het gehele artikel