Toeval zorgt voor celdood in plaats van normale suikerafbraak

suikerklontjes-200x200Fundamenteel nieuw inzicht in de regulatie van stofwisseling in cellen
Sommige cellen starten bij toeval, dus niet door een genetisch defect, het moleculaire proces van de verbranding van suiker op een verkeerde manier. Daarop stopt de cel met groeien en sterft. Dat ontdekte een multidisciplinair team onder leiding van hoogleraar systeembiologie Bas Teusink aan Vrije Universiteit Amsterdam. De ontdekking verandert fundamenteel het denken over de regulatie van zulke stofwisselingsstromen in cellen en hiermee kunnen in de toekomst mogelijk kankercellen worden beïnvloed. Einstein zei: “God does not play dice”. Cellen doen dat dus wel: enkel de kans op zo’n catastrofe kan worden voorspeld en gestuurd, niet welke cel het zal overkomen. De resultaten van dit onderzoek zijn 16 januari in Science gepubliceerd.

Glycolyse is de centrale stofwisselingsroute van de cellulaire energiehuishouding: deze route breekt glucose (suiker, een koolhydraat) stap voor stap af tot melkzuur (in de mens) of alcohol (in bakkersgist). De route speelt een belangrijke rol in ziektes (diabetes, kanker) en biotechnologie (biobrandstof, voedselfermentaties). Teusink: “Je verwacht dat als je suiker aanbiedt, dat er dan chemische flux (‘verkeer’) gaat stromen door die route”.

Eeneiige tweeling & cola
De systeembiologen van de VU ontdekten in samenwerking met andere VU-collega’s en wetenschappers van het Kluyver Center in Delft echter dat in glycolyse dit niet altijd het geval is: soms ontstaat er een ‘verkeersopstopping’ die leidt tot celdood. Welke toestand wordt bereikt – normaal verkeer of file – hangt af van toeval: kleine verschillen tussen de cellen onderling op het moment dat de suiker wordt toegediend. Dit leidt tot twee typen cellen in een genetisch identieke populatie, groeiende en niet-groeiende cellen. “Het is alsof je allemaal eeneiige tweelingen hebt, die geef je een glas cola, en een paar daarvan worden ziek. Doe je dat nog een keer, worden toevallig anderen ziek”.

Computersimulaties
De wetenschappers deden hun ontdekking door samen met wiskundigen en biologen een computermodel te maken dat die verkeersstromen kan simuleren. Vervolgens werden de voorspellingen met onderzoek in het laboratorium gevalideerd. Met zo’n systeembiologische aanpak ontdekten zij bovendien het mechanisme waarmee gistcellen – kampioen glycolyse, denk aan bier, wijn en biobrandstof – ervoor zorgen dat ze (bijna) altijd in de juiste toestand terecht komen. Doordat de onderzoekers het mechanisme nu kennen, kunnen zij de fractie van cellen vergroten die het goed doen om bijvoorbeeld biotechnologische toepassingen te optimaliseren. Ook kunnen ze mogelijk kankercellen, waarvan we zouden willen dat ze het minder goed doen, beïnvloeden.