Humane stamcellen zijn veelbesproken. In de luwte daarvan komen ook plantenonder­zoekers steeds meer over ‘hun’ stamcellen te weten. Dolf Weijers won dit jaar de NVBMB-prijs voor zijn onderzoek naar de worteloercellen van de zandraket.

“Clubjes stamcellen waaruit plantenwortels, bladeren en bloemen ontstaan, ook wel meristemen genoemd, zijn magische groepjes cellen die ten grondslag liggen aan een groot gedeelte van alle biomassa op aarde”, vertelt de Wageningse groepsleider Dolf Weijers (30), dit jaar winnaar van de NVBMB-prijs voor een veelbelovende jonge onderzoeker. Toch is er nog weinig bekend over hoe de aanleg van die meristemen in een bevruchte eicel in zijn werk gaat.

Bij de vorming van het wortelmeristeem, het allereerste dat in een embryo ontstaat, lijkt een sleutelrol weggelegd voor het hormoon auxine. Bij mutanten zonder receptoren voor dit plantenhormoon ontstaat er uit het allerprilste embryo geen plant.

Code

Auxine is een ‘actiehormoon’. Het kan binnen enkele minuten radicale veranderingen aanbrengen in het profiel van genen dat wel of niet actief is in een cel. Dat doet het door remmers van transcriptiefactoren naar de prullenbak van de cel, het proteosoom, te verwijzen. “Hierdoor krijgen de aanwezige transcriptiefactoren die ‘celdifferentiatiegenen’ aanzetten ineens ruim baan. Auxine bepaalt zo niet wát er gebeurt, maar wel dát het gebeurt en wanneer”, stelt Weijers.

Auxine kan zo’n supersnel effect veroorzaken doordat het op een onconventionele receptor ingrijpt. Enzymen die de substraatspecificiteit van ubiquitinerende enzymen bepalen, fungeren namelijk als receptor. Binding van auxine aan deze receptor geeft transcriptieremmers zo via slechts één tussenstap, namelijk binding met een ubiquitinerend enzym, de kus des doods door er een ubiquitinelabel aan te hangen. Dit is voor de cel het signaal dat deze aan transcriptieremmers afgebroken moet worden.

“Die receptor is pas anderhalf jaar geleden ontdekt”, vertelt Weijers. Dit was het eerste bewijs dat een klein molecuul direct een ubiquitinerend enzym kan reguleren en daarmee als hormoonreceptor fungeert. “Het is daarom nu een erg interessante tijd om aan auxine te werken.”

Hoe kan zo’n simpel en klein molecuul als auxine zoveel invloed hebben in de plant? Dat is lang de vraag geweest. Auxine stimuleert bijvoorbeeld het ontstaan van wortels, zorgt er via een concentratiegradiënt voor dat stengels omhoog groeien en wortels naar beneden, en stuurt de groei van vruchten aan.

In cellen van de zandraket spelen 23 voor auxine gevoelige transcriptiefactoren en 29 remmers van die transcriptiefactoren daarbij een rol, stelt Weijers. Met een specifieke combinatie van die transcriptiefactoren en hun remmers ligt er een soort code klaar voor hoe een cel op auxine reageert. Theoretisch bestaan er 667 verschillende codes, wanneer elke cel een deel van de 23 voor auxine gevoelige transcriptiefactoren en 29 van hun remmers tot expressie brengt. “Ik denk dat elke cel zo een eigen signatuur heeft, al is het idee van zo’n code experimenteel nog niet zo sterk gestaafd.”

De concentratie auxine kan die code beïnvloeden, is Weijers’ theorie. “Doordat sommige remmers sneller worden afgebroken dan andere, kan een verschillende concentratie auxine in iedere cel een specifieke reactie teweegbrengen.”

“Recent hebben we verder ontdekt dat de door auxine ‘vrijgemaakte’ transcriptiefactoren complexen kunnen vormen met andere transcriptiefactoren in de cel.” Mocht dat een innige samenwerking blijken te zijn, dan biedt dat ook een verklaring voor waarom auxine in planten zoveel verschillende effecten op gang kan helpen.

Aan het begin van Weijers’ loopbaan, zo’n tien jaar geleden, was alleen nog bekend dat auxine ‘iets’ deed tijdens de ontwikkeling van een plantenembryo. “Met mijn collega’s in Duitsland heb ik rond 2005 ontdekt dat in een embryo van de zand­raket negen basiscellen worden aangelegd waaruit de wortel zich kan ontwikkelen.” De acht paarse cellen op de tekening instrueren de blauwe cel eronder. Die paarse zijn de wortelstamcellen.

“De blauwe cel, dat is onze cel. Daar werken we nu in Wageningen met een man of zes aan. Die cel is de organiserende cel en we willen weten hoe die ontstaat onder invloed van de acht cellen erboven en hoe die hun eigenschappen zo veranderen dat ze wortelstamcellen worden.”

Daarmee hoopt hij ook een antwoord te vinden op de vraag hoe de ‘code’ tot stand komt die de latere respons op auxine bepaalt. “Oftewel, wat er gebeurt tijdens de embryogenese, waarin elk celtype één keer voor de allereerste keer gemaakt moet worden, waardoor een cel wordt voorbereid om van identiteit te veranderen?”

Mocht er één hoofdschakelaar bestaan om het hele proces in gang te zetten, dan is dat erg interessant voor de plantenindustrie. “Met zo’n schakelaar zou beworteling van moeilijk te vermeerderen gewassen te vergemakkelijken zijn. En wanneer meristemen naar wens aan te schakelen zijn, zou je eetbare gewassen ook geschikter kunnen maken om in ontwikkelingslanden in slechte aarde toch goed te laten gedijen. Dat is echter nu nog toekomstmuziek”, meent Weijers.

Op 18 mei vindt in Wageningen het symposium plaats dat Dolf Weijers als NVBMB-prijswinnaar mag organiseren. Zie ook pagina 31 in C2W life sciences4.

FEITELIJK

CELDIFFERENTIATIE ONDER DE LOEP

Sprekers die Dolf Weijers heeft weten te strikken voor ‘zijn’ symposium:

• Ben Scheres (Utrecht; Stamcellen en wortelontwikkeling)

• Yka Helariutta (Helsinki, Finland; Vaatweefselpatroonvorming in zandraket en populier)

• Jan Lohmann (Tuebingen, Duitsland; Genomics, bloeimeristeemvorming)

• Tom Beeckman (Gent, België; Systeembiologie en zijwortelvorming)

• Rita Gross-Hardt (Tuebingen, Duitsland; Eicelspecificatie)

• Miltos Tsiantis (Oxford, Engeland; Bladvorming en evolutie van ontwikkeling)

bron: C2W life sciences4