Bionieuws

Onderwijs & Werk

Het raadsel van de reuzencellen

Uit experimenten met klauwkikkers blijkt dat het celkernvolume nauwelijk wordt beïnvloedt door de hoeveelheid dna. Foto: Flickr © Ashley Tubbs

‘Vaak wordt gedacht dat polyploïdie zeldzaam is, een rariteit. Maar zelfs bij zoogdieren komt het regelmatig voor: beenmerg, borst en lever zijn slechts enkele voorbeelden van plekken die extra kopieën van hun chromosomen bevatten. Het kan echt extreem zijn, bepaalde cellen in de placenta hebben tot wel 512 homologe chromosomensets in hun kern. Het is misschien dus niet zo gek dat polyploïde cellen vaak groter zijn dan doorsnee diploïde lichaamscellen, die twee homologe chromosomensets bevatten.’

Mysterie
Biologiestudent Emma van Grinsven buigt zich graag over raadsels, zo blijkt uit de thesis die ze schreef voor haar bachelor aan de Universiteit Utrecht. Ze speurde door meer dan vijftig bronnen om te achterhalen hoe polyploïdie ervoor zorgt dat cellen groter worden. ‘Toen ik eenmaal begon met lezen, bleek het vraagstuk veel complexer dan ik vooraf had gedacht. Polyploïdie wordt al meer dan honderd jaar bestudeerd, en nog steeds is het niet helder wat haar functies zijn. Het zou bijvoorbeeld kunnen dat grote polyploïde cellen zorgen voor hogere productie van metabolieten, of dat de extra dna-kopieën compenseren voor schadelijke mutaties. Maar dat is niet zeker, en ook is het niet bekend hoe polyploïdie de celgrootte beïnvloedt. Het is een van de grotere fundamentele mysteries binnen de biologie.’ Hoewel Van Grinsven haar werk voornamelijk moest verrichten in de weekenden en avonduren – overdag liep ze stage – is ze uitgeroepen tot winnares van De Darwin, de prijs voor de beste biologiescriptie in Nederland.

Spiraal
Op de titelpagina vertoont zich een grote polyploïde cel. De cel vormt het middelpunt van een spiraal met drie armen, één voor elke theorie die ze heeft bestudeerd. Bij aanvang lag haar focus op de zogeheten limiting machinery theory. ‘Het idee is dat de hoeveelheid dna in de cel een beperkende factor is voor eiwitproductie. Wanneer de hoeveelheid dna toeneemt, kan er meer m-rna worden geproduceerd. Als gevolg worden meer eiwitten gemaakt en neemt het celvolume toe.’ Hoewel Van Grinsven aanvankelijk enthousiast was over deze theorie, kwam ze daar tijdens haar onderzoek langzaam op terug. ‘Uit studies met gistcellen blijkt dat een grotere cel verhoogde genexpressie heeft, in plaats van dat genexpressie wordt verhoogd door de polyploïde staat van de cel.’

Klauwkikkers
Toen limiting template niet de oplossing bleek te zijn, nam Van Grinsven de karyoplasmic ratio en de limiting machinery theory onder de loep. ‘Karyoplasmic ratio zegt dat met een toename in dna de celkern groter wordt, en dat hierdoor de rest van de cel meegroeit. In gistcellen bijvoorbeeld neemt de celkern altijd zo’n 7 procent van het totale celvolume in beslag, het lijkt dus erop dat cel- en celkerngrootte nauwkeurig op elkaar zijn afgestemd.’ Echter, ook op deze theorie valt wat aan te merken: ‘Uit experimenten met bevruchte eicellen van klauwkikkers blijkt dat het celkernvolume nauwelijks wordt beïnvloedt door de hoeveelheid dna. Karyoplasmic ratio kan dus niet het hele verhaal vertellen.’

Vertrouwen
Het meeste vertrouwen heeft ze in de limiting machinery theory. ‘Deze theorie zegt dat de componenten die betrokken zijn bij eiwitproductie een beperkende factor vormen voor eiwitproductie en daarmee celgroei. Deze componenten, in het bijzonder de ribosomen, kunnen bij hogere ploïdie meer worden geproduceerd en op deze manier bijdragen aan celgroei. Een achterliggende gedachte bij deze hypothese is dat een groot deel van alle transcriptie bedoelt is voor productie van ribosomen. In gist bijvoorbeeld richt 60 procent van de transcriptie zich op ribosomaal rna.’ Als belangrijke correlatie noemt Van Grinsven dat de hoeveelheid nucleoi toeneemt met hogere ploïdie. ‘Nucleoi zijn locaties in de celkern waar ribosomen in elkaar worden gezet. Er is aangetoond dat meer nucleoi leidt tot meer ribosomen, en dat celgrootte hierdoor toeneemt.’

Hoewel Van Grinsven enthousiast is over de limiting machinery theory, wil ze de andere theorieën nog niet loslaten. ‘Het mooie aan biologie is dat meerdere theorieën naast elkaar kunnen bestaan zonder elkaar tegen te spreken. Er zijn zoveel verschillende perspectieven om naar een vraag te kijken; door ze te combineren kunnen we misschien het raadsel oplossen.’

Titel: The enigma of ploidy in size control – How does somatic polyploidy contribute to increase in cell growth?
Auteur: Emma van Grinsven
Categorie: bachelorthesis
Opleiding: bachelor biologie aan Universiteit Utrecht
Beoordelaars: Matilde Galli en Sander van den Heuvel
Cijfer: 9
Bijzonderheden: winnende bachelorthesis van De Darwin, de landelijke scriptieprijs voor biologie

Dit artikel verscheen 24 februari in Bionieuws 4.