Bewuste zelfmoord in een wormpje
- Een aantal C. elegans gezien door een microscoop
Cellen die niet langer nodig zijn of een gevaar voor het organisme kunnen vormen, gaan op een bijzondere manier dood: ze plegen zelfmoord. Dit proces van celdood, ook wel apoptose, is goed waar te nemen bij het wormpje Caenorhabditis elegans. Tijdens de ontwikkeling van de C. elegans pleegt altijd een vast aantal gezonde cellen zelfmoord, omdat ze overbodig zijn. Dit wordt geregeld door bepaalde zelfmoordgenen.
Iedere keer 131 stervende cellen
Tijdens de ontwikkeling van een bevruchte eicel naar een volwassen C. elegans gaan altijd precies 131 dezelfde cellen dood. Van de oorspronkelijke 1.090 cellen blijven in een volwassen wormpje steevast exact 959 cellen over. Ter vergelijking: een volwassen mens bestaat uit ongeveer 100 biljoen cellen, een factor 100 miljard meer dan het wormpje.
De meeste van de 131 cellen die door zelfmoord sterven zijn zenuwcellen. Daarnaast wordt ook zelfmoord gepleegd door enkele huid-, spier- en slokdarmcellen. Het zijn stuk voor stuk gezonde cellen, maar ze zijn simpelweg overbodig: het organisme heeft ze niet nodig om te kunnen functioneren. Een voorbeeld hiervan is het HSN neuron, dat alleen in hermafrodieten (wormpjes met zowel vrouwelijke als mannelijke geslachtscellen) een functie heeft. In mannetjes wordt dit neuron ook gevormd, maar sterft vervolgens af omdat het hier geen functie heeft.
Geprogrammeerde celdood
Wanneer een cel niet meer nodig is pleegt hij doorgaans zelfmoord door een proces binnenin de cel in werking te stellen. Dat zelfmoordproces wordt apoptose genoemd, ook wel bekend als geprogrammeerde celdood. De cel gaat zogezegd in apoptose. Dat gebeurt in vier fasen:
- Door signalen van binnenuit of buitenaf besluit de cel om te sterven.
- De cel gaat dood. Stofwisselingsprocessen stoppen en de cel desintegreert. Cellen die in apoptose gaan hebben vóór en tijdens het sterven zelf de regie over het afbreken van de celinhoud binnenin de cel. De celinhoud lekt tijdens het sterfproces niet weg uit de cel. De omringende cellen hebben daardoor geen last van de stervende cel.
- Vervolgens wordt de dode cel herkend en opgegeten door een andere cel in de buurt. Dat heet fagocytose.
- Ten slotte wordt de dode cel afgebroken en opgeruimd door andere cellen.
Zelfmoordeiwitten
De afgelopen dertig jaar zijn in C. elegans meer dan 25 genen ontdekt die van belang zijn bij het reguleren van apoptose. De vier belangrijkste genen hebben namen die erg op elkaar lijken. Om het overzichtelijk te houden noemen we deze even gen A, B, C en D. Gen A codeert voor eiwit A, gen B voor eiwit B, enzovoorts. Deze eiwitten functioneren in een bepaald stappenplan. Tijdens de ontwikkeling van het wormpje zorgt het proces van celdeling ervoor dat eiwit A gemaakt wordt. Vervolgens bindt eiwit A aan eiwit B. Dat zorgt ervoor dat eiwit B en C los van elkaar komen. Dan maakt eiwit C eiwit D een stukje korter waardoor eiwit D een actief enzym wordt. Het actieve eiwit D activeert op zijn beurt een aantal andere eiwitten die belangrijke structuren binnenin de cel afbreken waardoor de cel op een gecontroleerde manier sterft. Tijdens de apoptose komen bepaalde eet me-signalen op het celoppervlak te zitten, waardoor naburige cellen de stervende cel kunnen herkennen en opeten. In 2002 kregen drie wetenschappers, waaronder Sydney Brenner, de Nobelprijs voor Geneeskunde voor hun onderzoek naar apoptose in het wormpje.
Sterven is vormgeven
Apoptose is een normaal proces dat plaatsvindt in alle meercellige organismen. Geprogrammeerde celdood wordt ook ingezet om structuren vorm te geven, zoals de vingers en tenen bij zoogdieren en bepaalde delen van het hart. Ook om bepaalde lichaamsdelen kwijt te raken plegen cellen zelfmoord. Goede voorbeelden daarvan zijn het verlies van de staarten bij kikkervisjes, de verandering van een rups naar een vlinder (dat heet metamorfose) en de afbraak van melkkliercellen onder invloed van het hormoon testosteron bij mannetjes van hogere organismen zoals de muis en de mens. In het beenmerg en de darmen van een volwassen mens sterven elk uur miljarden cellen door apoptose.
Opruimen van het abnormale
- Bij mensen komt het soms voor dat de tenen niet helemaal los van elkaar komen tijdens de ontwikkeling. Dit wordt syndactylie genoemd. De cellen tussen de twee tenen zijn blijkbaar niet allemaal in apoptose gegaan.
Ook abnormale cellen, bijvoorbeeld met beschadigingen in het DNAworden vaak opgeruimd dankzij apoptose. Dit gebeurt om te voorkomen dat de DNA-beschadigingen doorgegeven worden aan de dochtercellen en deze cellen ongeremd gaan delen en kanker veroorzaken. Ook witte bloedcellen die lichaamseigen moleculen als lichaamsvreemd beschouwen en aan kunnen vallen, gaan tijdens de ontwikkeling in apoptose. Dit soort cellen, die een gevaar voor het organisme zouden kunnen vormen, worden preventief onschadelijk gemaakt. Tijdens de ontwikkeling van gewervelde dieren pleegt soms meer dan de helft van het aantal zenuwcellen zelfmoord. In het beenmerg en de darmen van een volwassen mens sterven elk uur miljarden cellen door apoptose.
Evolutie
Wanneer vergelijkbare apoptose-genen van de mens worden uitgewisseld met die van het wormpje C. elegans blijft het systeem van geprogrammeerde celdood normaal functioneren. In verschillende organismen, zoals wormen, fruitvliegen, muizen en mensen, blijkt dat de belangrijkste apoptose-genen sterk overeenkomen. Dat wijst erop dat deze genen door de evolutie heen vrijwel niet veranderd zijn, waarschijnlijk omdat ze van fundamenteel belang zijn voor het functioneren van organismen. Wanneer bij fruitvliegen of muizen een of meerdere apoptose-genen veranderd worden, sterven ze vaak al tijdens de ontwikkeling. Hun functie is dus heel belangrijk voor een normale ontwikkeling van het organisme.
