Je zou denken dat het begin van nieuw leven een harmonieus samenspel van eicel en zaadcel is, maar niets is minder waar. Diep in de bevruchte eicel woedt een hevig gevecht. Nieuw Japans onderzoek geeft eindelijk een verklaring voor een mysterie waar biologen zich decennialang op stukbeten.
Wetenschappers van Kobe University schrijven deze week in Nature dat de kernen van vader en moeder direct na de bevruchting de strijd met elkaar aangaan. En deze krachtmeting blijkt essentieel voor een gezonde embryonale ontwikkeling. Wanneer een zaadcel en eicel samensmelten, ontstaat een zygote: de allereerste cel van een nieuw organisme. Opmerkelijk genoeg blijven de kernen van beide cellen, waarin het DNA zit, in eerste instantie gescheiden. Deze zogeheten pronuclei versmelten pas vlak voor de eerste celdeling.
“Dat weten we al tientallen jaren”, zegt ontwikkelingsbioloog Hirohisa Kyogoku. “Maar niemand begreep waarom die scheiding er is. Het werd nooit als iets belangrijks gezien, een detail in het ontwikkelingsproces zonder duidelijke functie.” Er werd zelfs verondersteld dat die scheiding risico’s met zich mee zou brengen. In kunstmatige voortplanting is daarom gekeken naar embryo’s waarin de kernen vroeg samensmelten. Maar in de praktijk hebben die juist minder kans om zich volledig te ontwikkelen.
Chemische labels
Kyogoku richtte zich op een belangrijk verschil tussen het DNA van vader en moeder. Een verschil dat niet alleen in de genetische code te vinden is, maar ook in chemische labels die bepalen hoe genen worden afgelezen. Het moederlijke DNA zit vol met zulke labels, het vaderlijke DNA vrijwel niet. Toch zijn juist die labels cruciaal voor een goede ontwikkeling.
“Die verschillen brachten ons op een idee. Zou de timing van het samensmelten van de kernen invloed hebben op de regulatie van genen? We zijn op onderzoek uitgegaan en op interessante zaken gestuit”, legt Kyogoku uit.
Een wedstrijd om ruimte
De grootte van de kernen blijkt doorslaggevend op het intracellulaire strijdtoneel. Wanneer de kernen groter worden, bijvoorbeeld doordat ze al vroeg samensmelten, verdwijnen veel van deze belangrijke chemische labels van het toneel. Maar waarom blijven de kernen normaal gesproken zo klein? Het Japanse team concludeert dat dit komt doordat ze met elkaar concurreren. Beide pronuclei strijden om de moleculaire bouwstoffen die nodig zijn om te groeien. Door die competitie blijven ze klein en behouden ze de juiste chemische markeringen. “Het is fascinerend om te zien dat een vertrouwde structuur, bestaande uit twee aparte kernen, zo’n actieve rol speelt”, zegt Kyogoku. “Ze creëren als het ware een duel in de cel dat doorslaggevend is voor een goede ontwikkeling.”
Experiment bevestigt theorie
Om hun idee te testen, doken de onderzoekers in de microscopische wereld vlak na de bevruchting. In embryo’s waarin de kernen te vroeg waren samengesmolten, voegden ze tijdelijk een extra kern toe. Daarmee brachten ze de competitie terug. Het resultaat was veelzeggend: de kern bleef kleiner, de chemische labels keerden deels terug en de ontwikkelingskansen verbeterden.
De bevindingen openen een nieuw onderzoeksveld naar de allereerste momenten van het leven. Ze laten zien dat de ruimtelijke organisatie binnen een cel van fundamenteel belang is. “In de natuur wordt weinig aan het toeval overgelaten. Zelfs helemaal aan het begin van het leven bestaat er een duidelijk ontwerp wat betreft de ruimtelijke ordening”, zegt Kyogoku. “Dit brengt ons dichter bij het begrijpen waarom embryo’s tegelijkertijd zo robuust én zo kwetsbaar zijn.”
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Bevruchting duurt langer bij stress en Dit is wat er gebeurt als je hetzelfde dier opnieuw en opnieuw kloont. Of lees dit artikel: Is dit de opvolger van CRISPR? Nieuwe DNA-techniek is vier keer kleiner.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
