Projektanslag

Ingen vet hur cellen minns sin identitet

Det epigenetiska minnet styr stamcellers förmåga till specialisering. Forskare i Umeå försöker förstå hur minnet byggs upp och förs över från en generation till en annan.

De bestämde sig för att vara djärva och söka medel till just precis det område som lockade mest. Inte en tanke på vad bidragsgivare kan tänkas efterfråga.

Nej, de beskrev sitt drömprojekt och blev kanske lite överraskade över beskedet om femårig finansiering från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.

Nu kan Jan Larsson, Yuri Schwartz och Per Stenberg satsa helhjärtat på att undersöka det epigenetiska minnet.

– Alla tre är intresserade av att ta reda på hur en cell kan minnas sin identitet, berättar Jan Larsson.

De går in i forskningsprojektet med olika professioner. Jan Larsson beskriver sig själv som en klassisk genetiker, Yuri Schwartz är genetiker med en biokemisk profil och Per Stenberg med inriktning mot bioinformatik.

Hur styrs cellens minne?

Alla celler i vår kropp innehåller samma information, samma genom. Ändå kan de ha olika funktioner.

Hudceller, leverceller och nervceller är exempel på specialiserade celler som har samma arvsmassa, DNA, hos en viss individ. Men hur visste cellerna vilken sort de skulle bli?

Förklaringen ligger inte i den genetiska koden utan hur den används. Mekanismen styrs av cellens epigenetiska minne.

Epigenetik kallas forskningsområdet som studerar hur en cell kan känna vilka gener som ska användas, och hur informationen förs vidare till dotterceller i samband med celldelning. Minnet är nödvändigt för att celler ska komma ihåg vilken vävnad de tillhör.

– Vi vet redan mycket om hur vår arvsmassa ser ut när minnet är fastlagt. Men vi har fortfarande väldigt lite kunskap om hur det byggs upp. Vi vet att det är en stegvis process som gör att vissa celler är öppna för att ändra sin funktion, medan andra celler är mer låsta, förklarar Jan Larsson.

Experiment och dataanalys

Forskarna planerar att studera mekanismen genom att störa processer som de tror är viktiga för utvecklingen av det epigenetiska minnet. De kommer att påverka proteiner, genuttryck och celldelning samt det ömsesidiga informationsutbytet mellan olika delar av kromosomerna.

Var och en arbetar utifrån sin egen specialinriktning. Jan Larsson undersöker hur hela kromosomer fungerar och Yuri Schwartz studerar hur cellidentiteten kan behållas i utvecklingen. Per Stenberg är genetiker men också utbildad i programmering. Han konstruerar modeller för databaserad analys.

– Vår styrka är att vi har en överlappning mellan experiment och databaserad analys. Det räcker inte att hyra in datorkunskapen. Den måste integreras i det dagliga arbetet, anser Per Stenberg.

Försöken utförs i första hand på bananfluga, eftersom det är en välstuderad organism. De mekanismer som undersöks fungerar troligen likadant hos människa.

– Den stora fördelen med flugor är att vi inte får så mycket överskottsinformation. Varje gen har i allmänhet bara en funktion. Hos däggdjur har de flera, förklarar Jan Larsson.

Yuri Schwartz, som är ryss och egentligen inte pratar svenska, tycker att bananflugan är så ”lagom”. Tillräckligt komplicerad och samtidigt enkel att undersöka.

Alla positiva resultat kommer så småningom att prövas i humanförsök, till att börja med på en teoretisk nivå.

– Med hjälp av datormodeller kan vi simulera hur vi tror att det fungerar på människor. I nästa steg gör vi specifika experiment för att bekräfta modellen, förklarar Per Stenberg.

Sjukdom förändrar cellens minne

Epigenomet hos två individer kan skilja mer än deras genom, det vill säga DNA-sekvens. Därför är det intressant att jämföra friska personer med andra med liknande arvsmassa som har drabbats av till exempel cancer, hjärt-kärlsjukdom, diabetes eller schizofreni.

Om en frisk cell eller vävnad insjuknar ändras samtidigt epigenomet. När forskarna vet mer om hur cellens minne byggs upp kan det bidra till förståelsen av hur det förändras av sjukdom.

– De resultat som vi hoppas åstadkomma kommer att vara till nytta för bland annat cancer- och stamcellsterapi, säger Jan Larsson.

De tre kollegerna började samarbeta via internet medan Yuri Schwartz var anställd vid Rutgers university, New Jersey, USA. Jan Larsson och Per Stenberg bestämde sig för att locka honom till Umeå.

När Yuri Schwartz kom på besök tog Per Stenberg honom med sig hem till Ratan, ett par mil utanför Umeå. På vägen dit mötte de bara tre bilar. Hur stor är chansen att han vill flytta hit, undrade Per Stenberg oroligt.
Men tystnaden och lugnet bidrog till beslutet.

– Livet i Umeå är effektivt. Jag kan fokusera på vetenskapen, eftersom det inte är så mycket som distraherar. Allt är nära. Jag kan gå till labbet på helgen om jag vill, sedan hem och äta middag, berättar Yuri Schwartz.

Han tycker också det är häftigt att ha sin arbetsplats, där ett par av de centrala komponenterna för det epigenetiska minnet först identifierades.

– Det är ungefär som att jobba på samma institution som Charles Darwin, säger Yuri Schwartz.

Text Carin Mannberg-Zackari
Bild Magnus Bergström