Op zoek naar celcommunicatie

De stoffen waarmee cellen elkaar 'vertellen' wat ze wel en niet moeten doen tijdens ontwikkeling en groei, zijn bij planten waarschijnlijk anders dan bij dieren. De Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) kende aan dr. B. Scheres van de Universiteit Utrecht een pioniersubsidie toe om de communicatieprocessen bij groei en ontwikkeling van planten in kaart te brengen.

De eiwitten waarmee diercellen elkaar instructies geven, zijn de laatste vijftien jaar bij “modeldieren” als de fruitvlieg en het aaltje Caenorhabditis elegans opgespoord. Later bleken deze stoffen in alle dieren op elkaar te lijken. De stoffen die plantencellen gebruiken om te communiceren, zijn waarschijnlijk anders. De signaalstoffen uit de dierlijke cellen zijn niet in planten gevonden. Daarnaast zijn plantencellen aan de buitenkant bedekt met een celwand zodat direct contact tussen celmembranen onmogelijk is. Dierlijke cellen maken van dit contact gebruik door vanuit de membraan signalen te sturen die in de membraan van de buurcel kunnen worden opgevangen. Bij plantencellen moeten de signaalstoffen door de celwand heen om een boodschap door te kunnen geven.

Om de signaalstoffen in planten op te sporen, zoeken de pioniersbiologen en -genetici naar de genen die de informatie bevatten voor de verantwoordelijke eiwitten. Als deze genen gevonden zijn, is het proces van communicatie stukje bij beetje uit te pluizen. Dit eiwit kan zelf de signaalstof zijn of een rol spelen bij de omzetting van bijvoorbeeld een suiker, die een signaalstof oplevert.

De onderzoekers concentreren zich in het project op de groeipunt in de wortel van de zandraket, Arabidopsis thaliana, eveneens een modelplant. Door onderling te communiceren en groeisignalen naar buurcellen te sturen, produceren deze cellen de ruimtelijke groeipatronen. De wortel van de zandraket is doorzichtig. Bovendien is van elke cel de afkomst te achterhalen en de latere ontwikkeling te voorspellen. De onderzoekers kunnen met laserstralen cellen uitschakelen en via injectienaalden de cellen kandidaat-signaalstoffen toedienen om het effect daarvan te bepalen. Daarmee proberen ze het communicatienetwerk tussen de cellen in de groeipunt te achterhalen.

Proeven met de laser hebben ondertussen aangetoond dat wortelcellen elkaar over twee zaken instrueren: wat voor soort cel ze zijn (identiteit) en hoe snel ze moeten delen en hun kenmerken moeten aannemen (differentiatie).

Begin dit jaar hebben de onderzoekers de eerste genen gevonden die betrokken zijn bij de communicatie over deling en differentiatie. Hiervoor gebruiken ze onder meer een zogenaamd reporter-gen. Dit gen werkt als een verklikker: wanneer het op het chromosoom terechtkomt naast actieve genen, wordt de betreffende cel gekleurd. De onderzoekers plaatsen het reporter-gen willekeurig op de chromosomen totdat ze die plaats vonden waarbij alleen de signaalzendende cellen een kleur kregen. Daarmee werd aangetoond welke genen verantwoordelijk zijn voor de communicatie.