Geregeld bij de geboorte: bloedvaten herinneren zich hun oorsprong
Foto Weizmann Institute of Science
Onze familieoorsprong heeft de neiging om onze toekomst op vele manieren vorm te geven. Uit een onderzoek van het Weizmann Institute of Science, dat vandaag in Nature is gepubliceerd, blijkt dat hetzelfde geldt voor bloedvaten. De onderzoekers ontdekten bloedvaten die ontstonden uit onverwachte voorlopers en toonden aan dat deze ongebruikelijke oorsprong bepalend is voor de toekomstige functie van de bloedvaten.
"We ontdekten dat bloedvaten uit de juiste bron moeten komen om goed te kunnen functioneren - het is alsof ze onthouden waar ze vandaan komen", zegt teamleider prof. Karina Yaniv.
Bloedvaten die verschillende organen van stroom voorzien, verschillen aanzienlijk van de ene tot de andere. Omdat de nieren bijvoorbeeld aan filtratie deelnemen, hebben hun bloedvatwanden kleine gaatjes die de efficiënte doorgang van stoffen mogelijk maken. In de hersenen zijn dezelfde wanden bijna hermetisch, wat zorgt voor een beschermende blokkade die bekend staat als de bloed-hersenbarrière. Bloedvatwanden in de longen zijn geschikt voor nog een andere taak, namelijk het faciliteren van gasuitwisseling.
Ondanks het vitale belang van het vasculaire systeem, is het nog steeds slecht begrepen hoe dergelijke verschillen tussen verschillende bloedvaten tot stand komen. Tot nu toe was bekend dat deze vaten afkomstig waren uit twee bronnen: bestaande bloedvaten of voorlopercellen die rijpen en differentiëren om de vaatwanden te vormen. In de nieuwe studie ontdekte postdoctoraal collega Dr. Rudra N. Das, werkzaam in het lab van Yaniv op de afdeling Immunologie en Regeneratieve Biologie, dat bloedvaten zich kunnen ontwikkelen vanuit een voorheen onbekende bron: lymfevaten. Deze derde soort werd onthuld in transgene zebravissen waarvan de cellen waren gelabeld met nieuw vastgestelde fluorescerende markers die tracering mogelijk maken.
“Het was bekend dat bloedvaten lymfevaten kunnen veroorzaken, maar we hebben voor het eerst aangetoond dat het omgekeerde proces ook kan plaatsvinden tijdens een normale ontwikkeling en groei”, zegt Das. Door de groei van vinnen op het lichaam van een juveniele zebravis te volgen, zag Das dat lymfevaten, zelfs voordat de botten zich hadden gevormd, de eerste structuren in een vin waren. Sommige van deze bloedvaten verloren vervolgens hun karakteristieke kenmerken en transformeerden zichzelf in bloedvaten.
Dit leek op onverklaarbare wijze verspillend: waarom waren de bloedvaten in de vinnen niet gewoon ontsproten uit een groot nabijgelegen bloedvat? Das en collega's gaven een verklaring door gemuteerde zebravissen te analyseren die geen lymfevaten hadden. Ze ontdekten dat wanneer lymfevaten afwezig waren, de bloedvaten ontkiemen in de groeiende vinnen van deze mutanten door vertakkingen van bestaande, nabijgelegen bloedvaten. Verrassend genoeg groeiden de vinnen in dit geval echter abnormaal, met misvormde botten en inwendige bloedingen. Een vergelijking bracht aan het licht dat bij de gemuteerde vissen overmatige aantallen rode bloedcellen de nieuwgevormde bloedvaten in de vinnen binnendrongen, terwijl bij reguliere vissen met lymfatische bloedvaten deze toegang gecontroleerd en beperkt werd.
De schaarste aan rode bloedcellen zorgde blijkbaar voor zuurstofarme omstandigheden waarvan bekend is dat ze gunstig zijn voor een goed geordende botontwikkeling. Bij de gemuteerde vissen daarentegen verstoorde een teveel aan rode bloedcellen deze omstandigheden, wat de waargenomen afwijkingen goed zou kunnen verklaren. Met andere woorden, alleen die bloedvaten die uit lymfevaten waren gerijpt, waren perfect geschikt voor hun gespecialiseerde functie - in dit geval een goede ontwikkeling van de vin.
Omdat zebravissen, in tegenstelling tot zoogdieren, een opmerkelijk vermogen vertonen om de meeste van hun organen te regenereren, gingen Das en collega's op zoek naar hoe een vin zou teruggroeien na een blessure. Ze zagen dat het hele proces dat ze hadden waargenomen tijdens de ontwikkeling van de vinnen zich herhaalde tijdens de regeneratie ervan - namelijk dat eerst lymfevaten groeiden en pas later in bloedvaten veranderden. "Deze bevinding ondersteunt het idee dat het creëren van bloedvaten uit verschillende celtypen geen toeval is - het voldoet aan de behoeften van het lichaam", zegt Das.
De bevindingen van het onderzoek zijn waarschijnlijk relevant voor andere gewervelde dieren dan zebravissen, inclusief mensen. "In eerdere studies bleek alles wat we in vissen ontdekten ook waar te zijn voor zoogdieren", zegt Yaniv.
Ze voegt toe: “Op een meer algemeen niveau hebben we een verband aangetoond tussen de 'biografie' van een bloedvat cel en zijn functie in het volwassen organisme. We hebben aangetoond dat de identiteit van een cel niet alleen wordt gevormd door de plaats van 'verblijf' of het soort signalen dat het ontvangt van omringend weefsel, maar ook door de identiteit van zijn 'ouders'.”
De studie zou kunnen leiden tot nieuwe onderzoekspaden in geneeskunde en menselijke ontwikkelingsstudies. Het zou bijvoorbeeld kunnen helpen om de functie van gespecialiseerde vasculatuur in de menselijke placenta te verduidelijken die de totstandbrenging van een zuurstofarme omgeving voor embryo-ontwikkeling mogelijk maakt.
Het zou ook kunnen bijdragen aan de bestrijding van veelvoorkomende ziekten: hartaanvallen zijn wellicht gemakkelijker te voorkomen en te behandelen als we de speciale kenmerken van de kransslagaders van het hart identificeren; er kunnen nieuwe therapieën worden ontwikkeld om kanker van zijn bloedtoevoer te verhongeren als we weten hoe deze toevoer precies tot stand komt; en weten hoe de bloedvaten van de hersenen ondoordringbaar worden, kan helpen om medicijnen effectiever aan hersenweefsels af te geven. In nog een andere cruciale richting kunnen de bevindingen worden toegepast in tissue engineering, waardoor elk weefsel wordt voorzien van het soort bloedvat dat het nodig heeft.
Yaniv, wiens laboratorium gespecialiseerd is in het bestuderen van het lymfestelsel, voelt zich bijzonder gerechtvaardigd door de nieuwe rol die het onderzoek heeft onthuld voor lymfevaten: “Ze worden meestal gezien als arme neven van bloedvaten, maar misschien is het juist het tegenovergestelde. In veel gevallen zouden ze zelfs voorrang kunnen hebben.”
Deelnemers aan de studie waren ook Yaara Tevet, Stav Safriel, Noga Moshe, Giuseppina Lambiase, Dr. Ivan Bassi, Dr. Julian Nicenboim en Dr. Roi Avraham van de afdeling Immunologie en Regeneratieve Biologie van Weizmann; Dr. Yanchao Han en Prof. Kenneth D. Poss van de Duke University School of Medicine; Matthias Brückner en Prof. Wiebke Herzog van de Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg en het Max Planck Instituut voor Moleculaire Biogeneeskunde; en Dana Hirsch en Dr. Raya Eilam-Altstadter van de afdeling Veterinaire Hulpbronnen van Weizmann.