Stamcellen zijn van groot belang vanwege hun potentieel voor gebruik in regeneratieve geneeskunde ^1,2. Veel dieren, vooral die met een lang leven, onderhouden stamcellen in hun volwassen weefsels. Deze residente stamcellen functioneren om weefselhomeostase te behouden en worden gebruikt voor reparatie na lichamelijk letsel of ziekte ^3,4. De meeste stamcellen bij volwassen dieren zijn rustig, een relatief slapende toestand die wordt gekenmerkt door celcyclusstop en inactivatie van groeisignalering⁵. Als reactie op extrinsieke signalen verlaten stamcellen de rust, gaan ze de celcyclus in en beginnen ze dochter nakomelingen te genereren die specifiek zijn voor hun weefseltype. Om bijvoorbeeld een effectieve immuunrespons op te zetten, induceren antigeen-presenterende cellen rustige naïeve T-cellen om de celcyclus binnen te gaan en klonaal uit te breiden⁶. Als reactie op schade aan de skeletspieren komen spiersatellietstamcellen in de celcyclus en genereren dochtermyoblasten om beschadigde myofibrillen te vervangen ^5,7. Hoewel het duidelijk is dat rustige stamcellen reageren op extrinsieke signalen, blijft in veel gevallen de aard van de extrinsieke cue onduidelijk, evenals het mechanisme van cue-geïnduceerde stamcelactivering. Het verkrijgen van een beter begrip van hoe rustige stamcellen reageren op extrinsieke signalen en de celcyclus ingaan, zal helpen bij de ontwikkeling van betere stamceltherapieën in de kliniek en de wetenschappelijke kennis vergroten.

Al tientallen jaren worden modelorganismen gebruikt om de genen en celsignaleringsroutes bloot te leggen die de proliferatie van stamcellen tijdens de ontwikkeling en op volwassen leeftijd reguleren. In Drosophila delen neurale stamcellen (NSC’s), bekend als neuroblasten (NBs), zich tijdens de ontwikkeling om alle neuronen en glia te genereren die uiteindelijk integreren en het neurale circuit vormen dat nodig is voor de hersenfunctie ^8,9. Net als andere stamcellen delen NB’s zich asymmetrisch om zichzelf te vernieuwen en, in sommige gevallen, symmetrisch om de stamcelpool uit te breiden. NBs worden gespecificeerd tijdens embryogenese en de meeste komen tegen het einde in rust, samenvallend met afnemende maternale voedingsvoorraden (figuur 1). Nadat de embryogenese is voltooid, komen de larven uit en beginnen ze zich te voeden. Als reactie op diervoeding reactiveren NB’s uit rust en hervatten celdelingen 10,11,12,13,14,15,16. Omdat het Drosophila CNS relatief eenvoudig is en omdat NBs op bepaalde tijden rust in- en uitstappen, blijkt het gebruik van Drosophila om de regulatie van rust, in- en uitgang te onderzoeken, ideaal.

Figuur 1: Relatieve proliferatie van CB NBs (centrale hersen neuroblasten, rood) en MB NBs (mushroom body neuroblasts, blauw) over ontwikkelingstijd. Aan het einde van de embryogenese stoppen de meeste NB’s (rode lijn) met proliferatie en komen ze in rust. De rust gaat door totdat vers uitgekomen larven hun eerste volledige maaltijd consumeren. De tijdsfocuspunten voor deze methodologie worden aangegeven in rode cirkels (1, rust en 2, reactivering). MB NBs (blauw) zijn een subset van centrale hersenen NBs die zich voortdurend verdelen tijdens de ontwikkeling (4 per hersenhelft). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Als reactie op diervoeding worden PI3-kinase- en TOR-groeisignaleringsroutes actief in NBs en in hun gliale en tracheale niche 10,11,15,16. Wanneer voedingsstoffen uit de voeding worden teruggetrokken of wanneer de niveaus van PI3-kinase worden verlaagd, slagen DE’s er niet in om te reactiveren en wordt de groei van glia en luchtpijp ook verminderd 10,11,15,16. Het huidige model stelt dat NB-reactivering wordt gekoppeld aan larvale groei door het vetlichaam, dat een systemisch signaal afgeeft als reactie op diervoeding 12,17,18. Dit signaal, dat ongrijpbaar blijft, bevordert waarschijnlijk de expressie en afgifte van Drosophila insuline-achtig peptide (Dilps) in de hersenen, wat leidt tot de stroomafwaartse activering van PI3-kinase in NB’s en hun gliale en tracheale niche. Om de aard van de systemische cue(s) beter te begrijpen, ontwikkelden we een methode om rustige NB’s in gekweekte hersenexplantaten te reactiveren. Met deze methode kan reactivering van NBs worden getest in afwezigheid van systemische signalen van het hele dier. Exogene factoren kunnen worden teruggeleverd aan de kweekmedia en NB-reactivering getest op basis van de opname van het thymidine-analoog, EdU. Met behulp van deze methode hebben we vastgesteld dat exogene insuline voldoende is om rustige NB’s in hersenexplantaten te reactiveren. Toekomstig werk zal gericht zijn op het identificeren van aanvullende factoren die, wanneer ze weer worden toegevoegd, nb-rust in hersenexplantaten positief of negatief reguleren.