Doorzichtig visje levert eerste complete celkaart van gewerveld dier

Het team van het Whitehead Institute, verbonden aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT), publiceerde de studie in het vakblad Science. Onderzoeker Kutay Deniz Atabay leidde het werk in het lab van bioloog Peter Reddien. Ze kozen voor Danionella cerebrum, een vis van nog geen centimeter lang die zo doorzichtig is dat je de hersenen door de kop heen kunt zien. De soort wordt sinds 2018 gebruikt in neurowetenschappelijk onderzoek en is nauw verwant aan de zebravis, een organisme waarvoor al veel genetisch gereedschap bestaat.

Een genenkaart van elke cel

Om de kaart te maken, gebruikten de onderzoekers een techniek die bekendstaat als single-cell RNA-sequencing. Daarmee meet je per individuele cel welke genen op dat moment actief zijn, vastgelegd in het zogeheten transcriptoom: de volledige set RNA-moleculen die een cel op basis van zijn DNA aanmaakt. Ze combineerden dit met methodes die precies aangeven waar in het lichaam elke celtype zich bevindt. Zo ontstond een kaart van cellen uit hersenen, ruggenmerg, ogen, organen, vinnen, kop en romp. Omdat het visje zo klein is, kon het hele lichaam in één studie worden onderzocht, iets dat bij grotere dieren tot nu toe te duur en te complex was.

Cellen onthouden waar ze vandaan komen

De kaart leverde opvallende inzichten op. Zenuwcellen uit hetzelfde hersengebied vertoonden sterk vergelijkbare genactiviteit, ook als ze verschillende neurotransmitters gebruikten, de chemische signaalstoffen waarmee zenuwcellen communiceren. Dat suggereert dat de locatie in het lichaam een belangrijkere organiserende factor is dan het type signaalstof, een patroon dat mogelijk ook bij andere gewervelde dieren, inclusief zoogdieren, geldt. Ook bleek dat bindweefselcellen, fibroblasten genaamd, in volwassen dieren nog steeds de genen gebruiken die tijdens de embryonale ontwikkeling de positie van lichaamsdelen bepaalden. Cellen in de borst- en bekkenvinnen bijvoorbeeld hielden genprogramma's actief die normaal bij de aanleg van voor- en achterpoten horen. De onderzoekers vermoeden dat deze moleculaire herinnering helpt bij het herstellen van beschadigd weefsel.

Regeneratie in beeld gebracht

Om dat te testen, beschadigden de onderzoekers een deel van het voorbrein van de vis. Met de celkaart als referentie konden ze stap voor stap volgen hoe het weefsel herstelde: eerst een ontstekingsreactie, daarna activatie van stamcellen en uiteindelijk de vorming van nieuwe, volgroeide zenuwcellen. De volledige dataset is gratis beschikbaar via het online platform DigiFish, zodat andere wetenschappers zelf celtypes en genactiviteit kunnen opzoeken. Reddien noemt het een keerpunt: na het in kaart brengen van complete genomen laat deze atlas nu zien hoe die genen daadwerkelijk worden gebruikt in elk celtype van een heel organisme.