MicroRNA Profiling of Human Primary Trabecular Meshwork Cell, Trabecular Meshwork Progenitor Cell Spheres and Their Differentiated Cells

In het oog werkt een minuscuul maar vitaal weefsel genaamd het trabeculaire netwerk als een drainagesfilter, waardoor vloeistof kan ontsnappen en de druk op een veilig niveau wordt gehouden. Wanneer de cellen die dit filter vormen afsterven of stoppen met werken, hoopt vloeistof zich op, stijgt de druk en kan de oogzenuw beschadigd raken, wat leidt tot een aandoening die bekend staat als primaire openhoekglaucoom. Deze ziekte is de belangrijkste oorzaak van irreversibele blindheid wereldwijd. Jarenlang wisten wetenschappers dat het oog een kleine reserve bevat van onrijpe cellen, of progenitorcellen, die theoretisch de verloren filtercellen zouden kunnen vervangen en de functie kunnen herstellen. Echter, de reden waarom deze natuurlijke reparatieteams er niet in slagen het oog te redden bij glaucoom, is een mysterie gebleven. De vraag is niet alleen of deze cellen bestaan, maar hoe ze worden gecontroleerd, welke signalen hen vertellen om jong te blijven, en welke krachten hen mogelijk dwingen te veranderen of te stoppen met werken wanneer het oog onder stress staat.

Om dit puzzelstuk op te lossen, richtten onderzoekers van de University of Liverpool en Ulster University hun aandacht op een specifiek type genetische instructie dat bekend staat als microRNA. Dit zijn minuscule moleculen die zelf geen eiwitten bouwen, maar in plaats daarvan fungeren als schakelaars, die andere genen aan- of uitzetten om te controleren hoe een cel zich gedraagt. Het team wilde de unieke set van deze schakelaars in kaart brengen die de identiteit van de reparatiecellen van het oog definiëren in vergelijking met de volwassen, werkende cellen van het drainagesfilter. Ze verzamelden weefsel uit de ogen van drie menselijke donoren, variërend in leeftijd van 21 tot 85 jaar. Uit dit weefsel isoleerden ze de volwassen drainagecellen en kweekten ze ook de onrijpe progenitorcellen naar voren, waarbij ze deze groeiden tot kleine, zwevende clusters die lijken op de natuurlijke staat van de cellen. Vervolgens lieten ze sommige van deze clusters rijpen tot gedifferentieerde cellen, waardoor drie verschillende groepen ontstonden om te vergelijken: de oorspronkelijke volwassen cellen, de onrijpe progenitorclusters en de nieuw gerijpte cellen.

Met behulp van geavanceerde sequencingtechnologie lazen de onderzoekers de aanwezige genetische instructies in elke groep om te zien welke microRNA-schakelaars actief waren. Ze ontdekten dat de onrijpe progenitorclusters een zeer duidelijke genetische signatuur hadden, die quite verschillend was van de volwassen cellen. Deze signatuur omvatte achttien specifieke microRNA's die consistent actief of inactief waren over de verschillende donoren heen. Wanneer het team keek naar de biologische processen die deze achttien schakelaars controleerden, kwam er een duidelijk beeld naar voren. Ze waren zwaar betrokken bij het houden van de cellen in een flexibele, stamcelachtige staat, het beheren van de bouwmaterialen van de omgeving van de cel, en het reageren op een specifiek chemisch signaal genaamd TGF-bèta. Dit chemische signaal staat bekend om zijn verhoogde aanwezigheid in de ogen van mensen met glaucoom en is een belangrijke drijfveer van de ziekte.

De onderzoekers kruisverwezen hun bevindingen vervolgens met eerdere gegevens over hoe de drainagecellen van het oog reageren wanneer ze worden blootgesteld aan hoge niveaus van dit TGF-bèta-chemische signaal. Ze ontdekten een opvallend conflict. Acht van de microRNA's die actief waren in de gezonde, onrijpe reparatiecellen, veranderden in de tegenovergestelde richting toen de volwassen cellen werden blootgesteld aan het ziekteveroorzakende chemische signaal. Zo werd bijvoorbeeld een microRNA die hielp de potentie van de reparatiecellen te behouden, onderdrukt wanneer het chemische signaal aanwezig was, terwijl anderen die de cellen normaal gesproken in toom hielden, werden opgevoerd. Dit suggereert dat het zeer specifieke chemische signaal dat stijgt bij glaucoom actief werkt tegen het natuurlijke reparatiemechanisme van het oog, waardoor de instructies die de progenitorcellen in staat stellen het verloren weefsel te vervangen, effectief worden verstomd.

Om er zeker van te zijn dat deze bevindingen niet slechts een toevalstreffer waren van één testmethode, herhaalde het team de metingen met behulp van een andere, zeer nauwkeurige technologie genaamd NanoString, die de moleculen direct telt zonder amplificatie. De resultaten kwamen exact overeen, wat bevestigde dat de achttien microRNA's een betrouwbare signatuur vormen van de reparatiecellen van het oog. Het team bracht ook in kaart welke genen deze microRNA's waarschijnlijk controleerden. Ze ontdekten dat deze schakelaars zich richtten op sleutelgenen betrokken bij celdeling en de receptie van chemische signalen, inclusief genen die de cel helpen beslissen of ze jong blijven of specialiseren. Een van de belangrijkste doelwitten was een gen dat de cel helpt het TGF-bèta-signaal te ontvangen; dit gen werd omlaag geregeld in de reparatiecellen, wat suggereert dat de cellen van nature zijn afgesteld om minder gevoelig te zijn voor de stresssignalen die glaucoom aanjagen.

De studie beweert niet glaucoom te hebben genezen of te hebben bewezen dat deze cellen gemakkelijk in een patiënt kunnen worden gereactiveerd. In plaats daarvan biedt het een nauwkeurige moleculaire kaart van hoe de reparatiecellen van het oog momenteel worden gereguleerd en hoe die regulatie wordt verstoord door de ziekteomgeving. De auteurs suggereren dat dit gedetailleerde begrip van de genetische schakelaars een nieuwe reeks potentiële doelwitten biedt voor toekomstige therapieën. Door medicijnen te ontwikkelen die deze specifieke microRNA's kunnen nabootsen of blokkeren, zou het op een dag mogelijk kunnen zijn om het oog te beschermen tegen de schadelijke effecten van hoge druk en chemische stress, of om de cellen te stimuleren het verloren filterweefsel te vervangen. Voor nu staat het werk als een heldere definitie van de genetische identiteit van deze ongrijpbare cellen en een demonstratie van hoe de ziekteomgeving de eigen reparatiepogingen van het lichaam actief tegenwerkt.