Een internationaal consortium heeft een eerste zogeheten celatlas van de fruitvlieg gepubliceerd (Science, 4 maart 2022) De online atlas bevat meer dan 580.000 cellen, verdeeld over ruim 250 celtypes. ‘Je kunt het zien als een groot boek met op iedere pagina een ander orgaan’, zegt Jasper Janssens van de KU Leuven, die meeschreef aan het artikel. ‘Op die pagina staat dan uitgelegd welke cellen aanwezig zijn en wat ze doen.’

Genoomkaarten zijn inmiddels gemeengoed. Maar als je wilt weten welke rol genen spelen in gezonde weefsels en bij ziektes, en bijvoorbeeld wilt ingrijpen met technieken als CRISPR-Cas, moet je in kaart brengen welke genen in welke weefsels precies actief zijn. Dat is in deze studie voor het eerst gebeurd voor een heel organisme. De onderzoekers gebruikten daarvoor zogeheten single cell-technologie. Daarmee kunnen ze op celniveau de genexpressie meten.

‘Na een paar pintjes dachten we: waarom maken we niet samen een atlas?’

Internationaal project

Fruitvliegen lijken meer op mensen dan je zou denken. Tweederde van de ongeveer 14.000 coderende genen van de fruitvlieg heeft een menselijke tegenhanger. Janssens: ‘Als je wil weten hoe die genen bij de mens werken, zijn fruitvliegen een heel goed model om mee te starten.’ Onderzoek met fruitvliegen speelt een belangrijke rol bij de ontwikkeling van behandelingen voor bijvoorbeeld kanker, immuunziekten, diabetes en neurologische aandoeningen.

De Leuvense groep werkte eerder al aan een atlas van de fruitvlieghersenen. Andere onderzoeksgroepen brachten andere organen in kaart. Al dit werk richt zich op het begrijpen van de verschillen tussen cellen, hun onderlinge interacties en hoe ze in het weefsel worden gevormd en functioneren.

De verschillende laboratoria gebruikten echter elk hun eigen protocol – en vliegen met verschillende genetische achtergronden. Dat maakte het lastig cellen en weefsels met elkaar te vergelijken. ‘Na een paar pintjes dachten we: waarom maken we niet samen een atlas van de hele fruitvlieg?’, zegt Janssens. Geleidelijk ontstond een internationaal project met 158 onderzoekers van 40 verschillende labs. Janssens coördineerde de dataverzameling en -verwerking samen met Hongjie Li, een Chinese collega die tijdens het onderzoek aan Stanford University werkte.

Een van de moeilijkste aspecten van het project was te bepalen wat een celtype is. Veel leerboeken stellen dat mensen rond de driehonderd soorten cellen hebben. Maar elke immunoloog zal zeggen dat een mens alleen al driehonderd soorten immuuncellen heeft. ‘Wij lieten een computerprogramma clusters maken op basis van genexpressie’, legt Janssens uit. ‘Vervolgens keken we of de biologische functie van de genen verschilde. Denk aan een groep spiercellen. Die kun je onderverdelen op basis van de eiwitten die ze op hun oppervlak tot expressie brengen.’

De deelnemende wetenschappers mochten zo’n cluster elk een naam geven. Vervolgens konden de andere teamleden een upvote of downvote geven. ‘Op die manier kwamen we samen tot celtypen, een beetje zoals Wikipedia werkt’, zegt Janssens. Dat systeem blijft voorlopig zo, ook nu de atlas openbaar is.

Parkinsonvliegen

Het onderzoek leverde een aantal nieuwe bevindingen op. ‘We zagen onder andere dat mannetjes- en vrouwtjesvliegen heel andere genen tot expressie brengen in hun nieren. Een volgende stap is om te onderzoeken welk effect dat heeft’, zegt Janssens.

In de toekomst hopen de onderzoekers atlassen voor specifieke ziektes te maken, bijvoorbeeld voor de ziekte van Parkinson. Dan kweken de onderzoekers vliegen met parkinson-achtige mutaties en maken daarvan vervolgens een celatlas. Janssens: ‘Zo kunnen we de verschillen in genexpressie tussen de gezonde en de zieke vlieg bekijken, en achterhalen welke celtypes het meest veranderd zijn en op welke manier. Zijn dit bijvoorbeeld neuronen of gliacellen?’

De onderzoekers krijgen zo per celtype een lijst van genen waarvan de expressie veranderd is. ‘Deze lijst geeft ons informatie over de rol van de parkinsongenen in de cel en hoe die vervolgens leidt tot ziekte.’ Uiteindelijk zijn de genen op deze lijst ook potentiële targets voor mogelijke behandeling bij mensen. ‘En ook bij dat onderzoek is de vlieg weer een handig diermodel. We kunnen bijvoorbeeld experimenten uitvoeren op vliegen van verschillende leeftijden en dan precies zien wat er in de loop van de tijd verandert in de hersenen.’