An Zwijsen onderzoekt hoe de cellen in een zich ontwikkelend embryo met elkaar communiceren en zo elkaar beïnvloeden. Samen met haar team gaat ze na welke boodschappen cellen met elkaar uitwisselen en welk effect dat heeft op de functie van de cellen. Centraal in haar onderzoek staat enerzijds hoe de eerste bloedvaten zich vormen in het embryo en anderzijds de plasticiteit van cellen waardoor cellen soms ‘gereset’ kunnen worden en een gespecialiseerde cel terug omgeschakeld wordt in een voorloper of stamcel, waardoor die zich vervolgens kan ontwikkelen tot andere celtypes. Het onderzoek van An Zwijsen is belangrijk voor de ontwikkeling van stamceltherapie en de studie van kanker.
Ontwikkeling van embryo’s: van schijnbaar eenvoudig tot onwaarschijnlijk ingewikkeld
De ontwikkeling van een mens begint op het eerste gezicht erg eenvoudig. Bij de bevruchting smelten eicel en spermacel samen tot één enkele cel, die alle informatie bevat om een volledig nieuw wezen op te bouwen. De cel begint te delen, met als gevolg dat het embryo meercellig wordt: eerst 2 dan 4, 8, 16, 32, 64 cellen,… tot enkele miljarden cellen. In het begin zijn de cellen nog niet gedifferentieerd. Ze zien er hetzelfde uit en gedragen zich identiek. Maar naarmate het embryo zich verder ontwikkelt, krijgen de verschillende cellen andere taken. Sommige specialiseren zich tot zenuwcellen, andere worden onderdeel van de bloedbaan, nog andere vormen de huid.
De ontwikkeling en specialisatie van al die cellen in een embryo vraagt een strikte organisatie. Verschillende cellen moeten zich bijvoorbeeld op het juiste moment omvormen tot complexe organen of zich verplaatsen van de ene plaats in het embryo naar de andere. Maar hoe komen de cellen te weten wat hun nieuwe taak is? Wat bepaalt dat de ene cel een hartspiercel en de andere een levercel wordt?
Communicatie is de sleutel bij embryonale ontwikkeling
De cellen in een zich ontwikkelend embryo geven boodschappen aan elkaar door via moleculaire signalen: De ene cel geeft een eiwit vrij, andere cellen ontvangen die boodschap en reageren erop. Afhankelijk van de cellen en van het signaal worden bepaalde genen in de celkern aan- of uitgeschakeld Dat zorgt er voor dat de cel bepaalde eiwitten wel of niet aanmaakt. Wat reguleert de manier waarop de cel zich zal gedragen en ontwikkelen? De plaats waar de cellen zich bevinden, bepaalt mee welke boodschappen ze ontvangen en welke niet.
Communicatie via BMPs en Smad5
Het team van An Zwijsen onderzoekt de interactie tussen een welbepaalde klasse van die boodschappermoleculen (Bone Morphogenetic Proteins of BMPs) en een eiwit dat deze boodschappen overdraagt naar de celkern (in dit geval een eiwit met de naam Smad5). Het onderzoek heeft aangetoond dat afwezigheid van Smad5 in het amnion, een dun vlies dat het embryo omgeeft – leidt tot belangrijke veranderingen in het lot van de cellen van dit vlies. Wordt Smad5 uitgeschakeld, dan verandert de identiteit van amnioncellen en krijgen ze eigenschappen van minder gespecializeerd embryonaal weefsel met stamcelkarakteristieken.
Het onderzoek heeft ook aangetoond dat Smads een essentiële rol spelen in de vorming van nieuwe bloedvaten in het ontwikkelende embryo.
Stamcellen hebben een therapeutisch potentieel
Heel wat ziektes zoals leukemie, kraakbeenletsels, diabetes, de ziekte van Parkinson e.a. zullen in de toekomst behandeld kunnen worden met
stamcellen. Het zal dan bijvoorbeeld mogelijk worden om beschadigd weefsel te herstellen met stamcellen. Maar voordat het zover is, wil het team eerst doorgronden hoe gespecialiseerde cellen omgevormd kunnen worden tot stamcellen en vervolgens geïnstrueerd worden om opnieuw tot een ander celtype te specializeren. Met haar onderzoek op Smad5 werkt An Zwijsen mee om die kennis op te bouwen.
In kankercellen worden bepaalde eigenschappen van embryonale cellen opnieuw aangezet
Ook voor kankeronderzoek is het begrijpen van embryonale ontwikkeling belangrijk. In kankercellen worden immers bepaalde eigenschappen van embryonale cellen opnieuw geactiveerd, waardoor de kankercellen zich opnieuw vermenigvuldigen – net zoals dat tijdens de ontwikkeling van het embryo gebeurt. Alleen gebeurt deze vermenigvuldiging ongecontroleerd in kankercellen en kan dit leiden tot uitzaaiing van de kankercellen.