»At være eller ikke at være en celle.«
Det var spørgsmålet, som de danske forskere Klaus Hansen og Kristian Helin fra BRIC (Biotec Research & Innovation Centre) og Danmarks Grundforskningsfonds Center for Epigenetik ved Københavns Universitet stillede sig selv.
For hvordan ved en blodcelle, at den fortsat skal være en blodcelle, efter den har delt sig til to nye celler? Og hvorfor skifter tilsyneladende celler pludselig retning og udvikler sig til kræftceller?
»Menneskekroppen har mere end 200 forskellige celletyper med præcis samme dna. Alligevel udvikler celler sig vidt forskelligt og bevarer samme identitet, indtil de dør. Vi har med vores forskningsresultater afsløret en mekanisme for, hvordan cellerne bevarer deres identitet og funktion,« forklarer Klaus Hansen.
Det svar, BRIC-forskerne nåede frem til, er nu blevet offentliggjort i november nummeret af det prestigefyldte tidsskrift 'Nature Cell Biology' og er blevet udvalgt som en del af 'Cell Leading Edge' (online 26 november 2008), hvor tidsskriftet Cells redaktører udvælger de vigtigste nyheder fra de seneste måneders udgivelser i de mest velestimerede tidsskrifter.
Et biologisk mysterium
Klaus Hansen og Kristian Helin har som de første vist, at celler ved at videreføre en 'signatur', som bliver etableret allerede under fosterudviklingen, kan bevare deres funktion og dermed deres identitet.
Det har ellers har ellers længe været et fundamentalt biologisk mysterium, hvordan cellerne kunne bevare deres funktion efter celledeling. De hundredevis af celletyper i menneskets krop indeholder præcis det samme arvemateriale. Alligevel formår f.eks. en hudcelle at udtrykke udelukkende de proteiner, der er nødvendige for at være en hudcelle.
»For at cellerne kan bevare deres identitet, så en neuron forbliver en neuron, er det nødvendigt med et overordnet styresystem, der regulerer hvilke proteiner, der bliver udtrykt i hver eneste celle. Styringen foregår blandt andet ved hjælp af egenskaber knyttet til de såkaldte histoner,« forklarer Klaus Hansen.
Gener der tændes og slukkes
For at det to meter lange dna kan være i en celle på ti mikrometer skal det pakkes meget tæt sammen. Det sker ved, at dna'et er rullet op omkring proteiner, der kaldes histoner. Hvor tæt dna'et pakker omkring histonerne, påvirker hvorvidt gener er henholdsvis slukkede eller tændte.
Det er i forvejen allerede kendt, at kemiske ændringer kan have betydning for den måde, histonerne pakker dna'et på. Det sker ved at deres 'haler' ændres kemisk af en række enzymer i cellen.
Klaus Hansen og hans kollegaer viser i deres artikel, et eksempel på hvordan en kemisk signatur overføres og vedligeholdes ved celledeling.
»De kemiske ændringer af histonerne får således stor betydning for om gener bliver udtrykt eller ej, og vi arbejder nu intenst på at karakterisere de enzymer, der er ansvarlige for at modulere cellers signaturer for at få en bedre forståelse af dette fascinerende biologiske system,« forklarer Klaus Hansen.
Rækker ud over genetikken
Og arbejdet med at finde de kemiske ændringer af proteiner og dna, som er stabile igennem celledeling og ikke involverer ændringer i selve dna-sekvensen, er blevet et af de hotteste områder indenfor den biologiske og biomedicinske forskning. Området har fået navnet 'epigenetik' - altså det der rækker 'ud over' genetikken.
Professor Kristian Helin er direktør ved BRIC og leder af Center for Epigenetik ved Københavns Universitet, som blev indviet i august 2007 med støtte fra Danmarks Grundforskningsfond. Han forklarer:
»Et godt eksempel til at forklare epigenetik er enæggede tvillinger, som har præcis det samme DNA. Tvillingerne udvikler sig over en menneskealder med præcis de samme gener, men de udvikler forskellige karakteristika. De ligner stadig hinanden, men er alligevel lidt forskellige. Grunden til denne forskellighed er, at der ligger en styring, som ikke ligger i generne - men er markeret af de ændringer der sker i proteinerne og dna'et gennem årene,« siger han.
Resultaterne kan få stor betydning for vores forståelsen af, hvordan celler undgår at skifte identitet ved celledeling. En sådan identitetsændring kan have katastrofale konsekvenser, såsom udviklingen af kræft og neurologiske sygdomme.
»Vores fremtidige forskning er blandt andet fokuseret på at undersøge, hvorvidt miljømæssige påvirkninger kan forstyrre processen, således at gener, der burde være slukkede, aktiveres og derved resulterer i fosterudviklingsdefekter, samt kunne tænkes at danne grundlaget for udviklingen af alvorlige sygdomme senere i livet,« forudser Klaus Hansen.
