Een inleiding tot celdeling

Celdeling is een proces waarbij één cel twee of meer dochtercellen produceert. Eencellige organismen, zoals gist, reproduceren door celdeling, terwijl meercellige organismen, zoals wij, hetzelfde proces gebruiken om onze weefsels te ontwikkelen, te laten groeien en te onderhouden. Kennis van wat de normale celdeling regelt, is van cruciaal belang om te begrijpen hoe verstoring van dit fenomeen pathologische processen kan initiëren.

Deze video presenteert een korte geschiedenis van ontdekkingen op het gebied van celdeling, belicht belangrijke vragen van celbiologen, bespreekt prominente gereedschappen die worden gebruikt en toont enkele toepassingen uit de huidige tijd.

Laten we beginnen met het bekijken van enkele mijlpaalstudies die de basis legden voor celdelingonderzoek.

De aanwezigheid van cellen werd voor het eerst gerapporteerd in de 1600's door Anton van Leeuwenhoek en Robert Hooke. Aangemoedigd door innovaties in de microscopie, trokken ze het sluier weg van de onzichtbare microscopische wereld. De eerste observatie dat cellen konden delen, werd gedaan in de jaren 1830 door twee botanici, Barthélémy Dumortier en Hugo von Mohl, die ontdekten dat één plantencel twee kan voortbrengen door deling. Na deze ontdekking, observeerden in 1838 een botanicus - Matthias Jakob Schleiden - en een fysioloog - Theodor Schwann - overeenkomsten in planten- en dierlijke cellen. Dit leidde ertoe dat Schwann de twee stellingen van de celtheorie postuleerde, ten eerste: "alle levende organismen bestaan uit een of meer cellen"; ten tweede: "cellen zijn de basisbouwstenen van al het leven." Bijna twintig jaar later publiceerde een arts genaamd Rudolf Virchow de derde stelling van de celtheorie, die stelde: "alle cellen ontstaan uit reeds bestaande cellen."

In 1876 observeerde Walther Flemming, tijdens het bekijken van celdeling, de scheiding van draadachtige structuren. Daarom bedacht hij de term "mitos," afgeleid van het Griekse woord mitos wat draad betekent. Later ontdekten Edouard Van Beneden en Theodor Heinrich Boveri dat die draden eigenlijk chromosomen zijn, die worden verdeeld met behulp van microtubuli die ontstaan uit structuren die nu bekend staan als centrosomen. Beneden, samen met Oscar Hertwig en August Weismann, verklaarde ook meiose - een ander type deling dat cellen zoals gameten produceert. Ze toonden aan dat meiose, in tegenstelling tot mitose, één ronde van DNA-replicatie maar twee rondes van celdeling omvat, resulterend in een halvering van het chromosoomnummer van de ouder naar de dochtercellen.

In de tweede helft van de twintigste eeuw raakten wetenschappers geïnteresseerd in de regulatie van de celcyclus, een proces waarbij een cel een reeks fasen doorloopt die leiden tot zijn deling. Een van de belangrijkste ontdekkingen op dit gebied kwam in 1972 van Leland Hartwell en collega's. Met behulp van giststammen toonden ze aan dat er genen zijn die een belangrijke rol spelen bij het begeleiden van cellen door de fasen van de celcyclus, en Dr. Hartwell noemde ze de celdelingcyclusgenen of "cdc's."

Een andere ontdekking kwam in 1983 van Tim Hunt, die zee-egels bestudeerde. Hij identificeerde eiwitten die oscilleren in hun abundantie in synchronie met de fasen van de celcyclus. Vanwege hun oscillerende aard noemde hij deze eiwitten "cyclinen," en nu weten we dat cyclinen sleutelregulatoren zijn van de celcyclus. Vier jaar later toonden Sir Paul Nurse en collega's aan dat cdc-genen, in het bijzonder cdc2, sterk geconserveerd waren tussen gisten en mensen. Samen hebben deze ontdekkingen ons begrip van celdeling aanzienlijk vergroot, en werden daarom terecht beloond met een Nobelprijs in 2001.

Nu we enkele historische hoogtepunten hebben bekeken, laten we een paar fundamentele vragen onderzoeken die het veld van celdeling vandaag de dag geconfronteerd ziet.

We beginnen misschien wel met de breedste vraag in celdeling: welke genen en intracellulaire signaalroutes reguleren de celcyclus? Het is bekend dat duplicatie en deling worden gereguleerd door een reeks biochemische schakelaars die de celcyclusprocessen activeren of deactiveren. Onderzoekers werken eraan om meer licht te werpen op de moleculen die de progressie of remming van de celcyclus beïnvloeden.

Biologen zijn ook geïnteresseerd in het identificeren van de extracellulaire factoren die celdeling stimuleren of remmen. Cellen kunnen celdeling verhogen als reactie op externe chemische signalen, mitogenen genaamd. Wetenschappers werken eraan om te begrijpen welke externe signalen celdeling stimuleren of remmen.

Abnormale celdeling kan leiden tot verhoogde of verminderde celproliferatie. Verhoogde celproliferatie veroorzaakt ziekten zoals kanker. Onderzoekers hebben ontdekt dat mutaties in bepaalde genen, bekend als oncogenen, betrokken zijn bij de initiatie van kanker. Bovendien hebben wetenschappers ook verschillende eiwitten ontdekt die een cruciale rol spelen bij tumorprogressie. Echter, er zijn nog steeds verschillende tumorveroorzakende factoren onbekend, en biologen zijn er hard aan bezig om ze te onthullen.

Nu je een gevoel hebt voor enkele van de onbeantwoorde vragen, laten we eens kijken naar een paar onderzoeksinstrumenten die biologen gebruiken om antwoorden te vinden.

In een mengsel van actief delende cellen, kan de verhouding van cellen die in elke fase van de celcyclus bestaan, worden bepaald door celcyclusanalyse. Dit wordt gedaan met behulp van speciale kleurstoffen, zoals bromodeoxyuridine of BrdU. Het is een thymidine-analogon en incorporeert zichzelf in de nieuw gesynthetiseerde DNA-streng tijdens DNA-replicatie. Daarom labelt het alleen S-fase cellen. Aan de andere kant kleuren fluorescerende verbindingen zoals propidium jodide (PI) al het DNA, maar de hoeveelheid gebonden PI kan helpen om onderscheid te maken tussen cellen in verschillende fasen. De laatste stap is het analyseren van de gekleurde cellen met behulp van flowcytometrie, en de verkregen gegevens onthullen de verdeling van cellen tussen verschillende celcyclusfasen.

Vooruitgang in beeld