Een interview met John Gurdon / ontwikkeling

uw eerste paper werd gepubliceerd in 1954 en had geen betrekking op embryologie, maar op entomologie. Hoe is dat gebeurd?

dat vroege artikel werd gepubliceerd in het maandblad van de entomoloog. In mijn vroege leven was ik echt geïnteresseerd in insecten, en verzamelde ik vlinders en motten. Toen ik studeerde nam ik graag vrij en ging naar Wytham Woods in de buurt van Oxford om te zien wat ik kon vinden. Dus ging ik op een koude lentedag naar buiten en er waren geen vlinders, geen motten, maar, uit het niets, was er een vlieg – ik ving hem, stopte hem in mijn fles, en keek ernaar. Het eerste wat duidelijk was, was dat het geen vlieg was, het was een hymenopteran, maar toen ik hem probeerde te identificeren kon ik gewoon niet achterhalen wat het was. Ik hou er niet van verslagen te worden, dus ging ik naar de Hope afdeling in Oxford en zij wisten ook niet wat het was, en toen naar het Natural History Museum, waar een curator me vertelde dat, verbazingwekkend genoeg, dit een soort was die nooit eerder in Engeland was opgenomen! Dit was intens irritant voor de entomologie-afdeling in Oxford, omdat de professor in die tijd een grote ecologische studie had gedaan van alle insecten in die bossen, en hier was een student die net het eerste wat hij kon vinden had gevangen en een nieuwe soort had opgepikt. Ik schreef een paar alinea ‘ s om de ontdekking aan te kondigen, en zo kwam ik aan die paper.

en bleef u geïnteresseerd in insecten?

niet echt op een goede wetenschappelijke manier, hoewel ik blijf denken dat ik daar graag op terug wil komen, vooral omdat de kleurpatronen van lepidopterans zo opmerkelijk zijn. We weten echt bijna niets over hoe kleurpatronen worden gevormd – in welke soort dan ook. Je zult geen gen hebben dat een vlek op één vleugel plaatst, het is een ingewikkelder proces, inclusief diffusie van moleculen. Ik blijf denken dat als ik echt met pensioen ga ik dat omhoog zal nemen, maar ik moet nog op dat punt komen!

een halve eeuw geleden begon u met uw nucleaire overdracht experimenten, en vandaag de dag publiceert uw lab er nog steeds over. Waarom denk je dat zo ’n conceptueel eenvoudig experiment zo’ n opmerkelijk lange houdbaarheid heeft gehad?Toen ik deze eerste experimenten met nucleaire overdracht deed – en ik ben mijn supervisor, Michael Fischberg, permanent dankbaar dat hij mij op dat werk heeft gezet – was de vraag op dat moment of alle cellen in het lichaam dezelfde genen hebben. Een manier om dit te bepalen was om een kern van een soort cel te nemen, die in het ei te stoppen, en te zien of het zich kan ontwikkelen. Dit experiment is al bedacht in de late 19e eeuw: er is een paper van een man genaamd Rauber die een experiment beschrijft om een padkern in een kikkerei te stoppen, en simpelweg zegt dat hij geen resultaat heeft gehad, dus het is niet duidelijk of hij het experiment heeft gedaan of niet!Hoe dan ook, in de jaren vijftig ontwikkelden Briggs en King, twee Amerikanen, de techniek van het transplanteren van de kern, en Fischberg besloot dat we dit moesten proberen in Xenopus. Er waren een aantal zeer lastige technische moeilijkheden die we uiteindelijk overwonnen-zowel door geluk als door vaardigheid – en het eindresultaat was dat je in wezen normale ontwikkeling kunt krijgen door de kern van een gespecialiseerde cel, in dit geval een darmcel, te nemen en deze te transplanteren naar een enucleated ei. Dat zei duidelijk dat dezelfde genen aanwezig zijn in alle verschillende soorten cellen.

en dan was er deze kloof van 50 jaar voordat Yamanaka de geïnduceerde pluripotente stamceltechniek ontwikkelde, die het veld echt opende voor nuttig klinisch potentieel. De kikker experimenten (en veel latere werk, met inbegrip van de generatie van Dolly de schapen in de jaren 1990) zei dat je kunt omkeren of verjongen van een gespecialiseerde kern recht terug naar het begin weer, maar klinische vertaling werd een realistische mogelijkheid in de mens alleen toen Yamanaka toonde dat je niet nodig hebt om menselijke eieren of embryo ‘ s te verkrijgen om stamcellen te maken. Het idee dat je nieuwe cellen van één soort zou kunnen afleiden, beginnend met volwassen cellen van een heel andere soort, klopte duidelijk met ons werk van een halve eeuw van tevoren, maar, interessant genoeg, was dit absoluut niet duidelijk toen deze vroege experimenten werden gedaan. ‘Herprogrammeren’ was niet eens het doel van de experimenten. Ik neem aan dat ik geen steun zou krijgen voor het uitvoeren van deze nucleaire overdracht experimenten vandaag, ware het niet voor hun relevantie voor herprogrammering bij mensen.

dus dan is de vraag hoe dit proces werkt? Wat is de basis van het vermogen van het ei om een kern te verjongen? We waren altijd geïnteresseerd in die vraag, maar het werd steeds interessanter met Yamanaka ‘ s experimenten. En Ik wil erop wijzen dat mensen nog steeds niet echt weten waarom de Yamanaka – procedure werkt-zelfs na tien jaar begrijpen ze het mechanisme niet echt. We zijn dus van mening, en het is waar, dat het ei beter in staat is om differentiatie om te keren in vergelijking met overexpresterende transcriptiefactoren, en daarom denken we dat als je wist wat alle ei-componenten zijn, en wist hoe ze te laten wisselen met de somatische, je de Yamanaka-factoren niet nodig zou hebben. Daarom zijn we actief bezig met het herprogrammeren van het ei, volgens dezelfde procedure als 60 jaar geleden, maar met een heleboel nieuwe manieren om het te onderzoeken. Voor mij is dit een voorbeeld van het interessante principe dat werk dat in één keer is gedaan, later veel relevanter kan zijn in het licht van latere ontwikkelingen.

het mechanisme van herprogrammering door het ei wordt actief voortgezet volgens dezelfde procedure als 60 jaar geleden, maar met een heleboel nieuwe manieren om het te onderzoeken

en wat is uw huidige inzicht in de moleculaire mechanismen van herprogrammering door het ei?

het is vrijwel zeker te wijten aan een hoge concentratie in het ei van chromatinebestanddelen, met name histonen. Er zijn tal van varianten van histonen, in termen van hoe ze worden gewijzigd, en heel veel van ons recente werk is het beschrijven van de Histon veranderingen die worden opgelegd door het ei op een inkomende kern. Deze chromatine verandering is misschien de eerste belangrijke fase-Er is een bepaalde Histon variant aanwezig in eieren die zeer belangrijk is, en het is waarschijnlijk dat de vervanging van volwassen chromatine componenten door degenen die aanwezig zijn in het ei is uiteindelijk wat helpt om de verandering te veroorzaken.

dit probleem heeft twee aspecten. Een daarvan is hoe het ei zijn componenten gebruikt om die van de somatische kern te vervangen, en zo verjongen? De tweede is waarom herprogrammeren niet perfect werkt? Ik illustreer het graag als volgt: er is een strijd tussen het ei, dat probeert om alles terug te zetten in een embryonale staat, en de somatische kern, die precies het tegenovergestelde is ontworpen – het is bedoeld om niet te veranderen. De meeste van onze cellen veranderen niet, en het is heel belangrijk dat cellen buitengewoon stabiel zijn. Dus het ei probeert de kern te overrulen, en de kern probeert het te weerstaan; dat zijn de twee complementaire onderdelen van ons onderzoeksproject op dit moment.

om dit aan te vullen, kijken we ook naar de veranderingen die zich voordoen in een spermakern die het zo opmerkelijk ontvankelijk maken voor herprogrammering; uiteindelijk willen we de somatische kern omzetten in dezelfde conditie als het sperma, en dan zou herprogrammering heel goed moeten werken.

hoewel ik denk dat de meeste lezers bekend zijn met uw herprogrammeringsexperimenten, wil ik graag een aantal van uw andere werk bespreken. In een serie papers in de jaren zeventig bestudeerde u de vertaling van geïnjecteerd RNA in kikkeroöcyten: kunt u ons iets vertellen over dit werk?

het experiment dat mij op dat moment enorm aantrok en nog steeds doet, is het injecteren van messenger RNA (mRNA) in eieren. Ik deed dit werk toen mensen, met name Hubert Chantrenne in België, mRNA voor het eerst hadden geïsoleerd. Ik was een goede vriend van een geweldige man genaamd Jean Brachet, en vertelde hem dat wat ik echt zou willen doen is niet kernen maar mRNA transplanteren in eieren. Hij gaf me een inleiding tot Chantrenne, die konijn globine RNA maakte en gaf ons wat, dankzij Brachet. Het spul stond bekend als extreem RNase gevoelig te zijn, dus je moest bijna een bad nemen in chroomzuur voordat je iets aanraakte! Als ik dat experiment als subsidie had voorgesteld, was het afgewezen omdat het ei vol zat met ribonucleases: om gevoelig mRNA in een ribonucleã ne omgeving te plaatsen zou geen zin hebben. Toch werkte het, en verbazingwekkend goed – de globine boodschap ging in eieren, en tegen de tijd dat de eieren waren veranderd in kikkervisjes was er nog steeds konijn globine worden gemaakt. Vrijwel zeker de reden voor het succes is dat micro-injectie niet de lysosomen opent, waar de ribonucleases worden verdeeld. Er is nog een interessant principe: als iemand je vertelt dat iets niet werkt, is het veel beter om het te proberen dan om ze op hun woord te geloven. En mRNA injectie is een zeer nuttige aanpak gebleken voor allerlei vragen. Deze RNA-experimenten waren eigenlijk een afgeleide van de technologische resultaten van nucleaire overdracht-als het werkt voor kernen, wat kun je nog meer overdragen? Eddy De Robertis en ik hadden zelfs een krant die het Xenopus ei een levende reageerbuis noemde.

u was ook geïnteresseerd in het proces van inductie en identificeerde een ‘gemeenschapseffect’ in de inductie van het Xenopus mesoderm. Wat is de basis van dit effect?

gedurende vele decennia waren mensen weefsel aan het transplanteren – neem een stukje weefsel en transplanteer het op een andere gastheer. Maar het weefsel bestaat natuurlijk uit veel cellen, die misschien niet allemaal hetzelfde zijn, en voor mij was het altijd wenselijk om een eencellige transplantatie te doen. En dus heb ik veel van die gedaan, het verplaatsen van enkele vooroudercellen van het ene deel van het embryo naar het andere, maar ik kreeg het nooit aan het werk – de cellen stierven altijd. Er moet een reden zijn geweest waarom je met succes meerdere cellen kunt transplanteren, maar geen enkele cellen. Dat leidde me ertoe om injecties uit te voeren met steeds kleinere aantallen cellen. Het bleek dat getransplanteerde cellen afgescheiden moleculen afgeven – signaalproteïnen bijvoorbeeld – die nodig zijn om iets in de gastheer te doen. Een enkele cel heeft moeite om veel te doen met wat het afscheidt – de concentratie is te laag-maar meerdere cellen zullen een concentratie opbouwen die hoog genoeg is om daadwerkelijk te werken. Dit ‘gemeenschapseffect’ is enigszins analoog aan het quorum dat in bacteriën wordt vastgesteld.

Wat is uw perspectief op waar ontwikkelingsbiologie als veld zich vandaag bevindt? Wat zijn de hiaten in ons begrip en wat moeten we doen om die hiaten op te vullen?

mijn eigen visie op ontwikkeling is dat men moet proberen om dingen te beperken tot afzonderlijke entiteiten, of het nu een cel of een kern of een molecuul is, en ik word vaak belachelijk gemaakt omdat ik mensen altijd vraag in welke concentratie hun molecuul zit, en ze zullen zeggen dat het er niet toe doet.

ik zou zeggen dat concentratie en tijd de twee cruciale dingen in ontwikkeling zijn. Je moet de concentratie kennen, en je moet weten hoe lang het er moet zijn om een verschil te maken – want voor cellen is een bepaalde concentratie van een molecuul gedurende een paar seconden mogelijk niet dezelfde als die concentratie gedurende 10 minuten. Dus ik zou van mening zijn dat wat we echt missen in de ontwikkelingsbiologie op dit moment is elke mogelijkheid om de concentratie van eiwitten te bepalen, analoog aan de meting van nucleïnezuren met behulp van PCR.

In mijn eigen ervaring raakte ik betrokken bij experimenten met een eiwit genaamd activine, een TGF-β-molecuul. Nogal verbazingwekkend – en ik vind dit experiment nog steeds leuk – je kunt blastula-cellen nemen, ze volledig loskoppelen in suspensie, en dan Activin toevoegen in een bekende concentratie voor een bekende tijd. Dan was je de cellen en laat ze reagregeren en vragen hoe ze differentiëren. Het bleek dat de uitkomst – of deze cellen ectoderm, mesoderm of endoderm maakten – niet alleen afhing van de hoeveelheid activine, maar ook van de tijd dat je de cellen erin baadde. Het was een interessant principe dat concentratie en tijd totaal verschillende effecten kunnen hebben, afhankelijk van welke je verandert, en met hoeveel.

maar om verbazingwekkende fenomenen als deze in vivo echt te begrijpen, is het kennen van de concentratie van eiwitten echt belangrijk, en ik denk dat we dat op dit moment volledig missen. In de toekomst zullen we geleidelijk aan werken met enkele cellen, bekende concentraties, bekende hoeveelheden tijd, en dan kunnen we tot een begrip komen van wat er gaande is in deze differentiatiegebeurtenissen.

concentratie en tijd zijn de twee cruciale dingen in ontwikkeling

uw werk zal waarschijnlijk het meest klinisch invloedrijk zijn op het gebied van celvervanging – wat vindt u van de huidige uitdagingen en vooruitzichten?

ik denk dat de vooruitzichten voor celvervanging zeer goed zijn, maar de wetenschappelijke vooruitgang kan door andere zaken worden gehinderd. Het voorbeeld dat ik vaak gebruik is van leeftijdsgebonden maculadegeneratie, waarbij de fotoreceptoren sterven en je dus blind wordt. Deze fotoreceptoren worden ondersteund door retinale gepigmenteerde epitheliale cellen, en onderzoekers in Londen en elders kunnen de Yamanaka-procedure gebruiken om dunne lagen van de epitheliale cellen te maken, en ze vervolgens in het oog in te voegen door een proces dat niet ingewikkelder is dan lensvervanging. Als ik erover praat, komen mensen naar me toe en vragen wanneer ze het voor elkaar krijgen. Het antwoord is dat ze dat niet mogen, en de reden gaat naar mijn mening uiteindelijk terug naar juridische kwesties. Als er iets mis gaat, zullen de advocaten vechten voor enorme bedragen aan compensatie. Als je de procedure honderd keer doet, en het gaat eenmaal fout – negenennegentig mensen zullen er enorm bij winnen om niet blind te worden, maar men zal zo ‘ n enorme financiële prijs krijgen dat de medische beroepsgroep er voor terugschrikt. Ik denk dat dit een echte uitdaging is voor het veld – het verzet van de medische beroepsgroep vanwege mogelijke juridische en financiële gevolgen.

u sprak eerder over het belang van de begeleiding uw promotor, Michael Fischberg, en veel van uw mentees hebben over u gesproken als een grote mentor. Wat is de Gurdon stijl van leiderschap?

Nou, ik zou hier zeer zelfkritisch zijn-Ik ga niet een uur per week met iedereen zitten om hun resultaten door te nemen, Ik wacht gewoon tot ik ze onder de koffie zie en vraag hoe het gaat. Dus ik moet een vreselijk slechte mentor zijn in de zin van het niet echt doen van een regelmatige en methodische controle van dingen. Maar ik denk graag dat mensen iets krijgen van gewoon gesprek. Iemand als Doug Melton was echt een fantastische collega, maar dat was allemaal door zijn eigen vermogen – ik kan niet bedenken wat hij kreeg van mij! Ik probeer mensen die naar mijn lab komen te overtuigen om aan een waardevol project te werken, en ze er dan van te laten genieten.

ik moet alleen zeggen dat Michael Fischberg echt een opmerkelijke en genereuze mentor was. Hij zette me op dit nucleaire overdracht werk, vertelde me dat ik alles moest proberen wat ik wilde, en was zeer ondersteunend. De allereerste paper over nucleaire overdracht-hij deed de experimenten niet, maar hij was een auteur op het, en terecht. Maar daarna, bijna tot mijn schaamte, zei hij: ‘Jij neemt de endoderm cellen, ik neem de rest’. En dus was hij geen auteur op de verdere papers – het was opmerkelijk genereus, echt.

ik was van plan om te vragen of u nog steeds verbonden bent met de laboratoriumbank, maar ik kreeg mijn antwoord toen ik vandaag op uw kantoor aankwam toen u de media veranderde voor een partij Xenopus-eieren. Is het belangrijk voor u om deze verbinding te behouden?

ik heb altijd mijn labwerk onderhouden, zelfs toen ik ook andere dingen deed, en nog steeds nucleaire overdracht aan mijn collega ‘ s onderwezen. Deze verbinding met de bank is natuurlijk niet voor iedereen realistisch, maar ik denk dat je door het te doen soms dingen ontdekt die misschien niet voor de hand liggen. Het heeft geen zin om PCR-machines of zoiets te gebruiken, en een van mijn collega ‘ s draait op dit moment een western blot voor me. Maar het labwerk dat ik nu doe is meer afhankelijk van het vinden van manieren om deze cellen te laten doen wat ik wil dat ze doen – en dit is iets wat ik goed Weet.

heeft de Nobelprijs uw leven aanzienlijk veranderd?

nou ja, in die zin dat ik een belachelijk aantal uitnodigingen krijg, die nu ongeveer 200 per jaar lopen. Je kunt er niet mee omgaan – Ik reis minder dan ik vroeger deed, en ik ben nogal selectief over wat ik accepteer. Ik krijg veel uitnodigingen niet voor mijn wetenschappelijke bijdrage, maar voor mijn schoolrapport, waarin mijn biologieleraar schreef dat ik geen kans zou hebben om als wetenschapper te slagen, en dat boven mijn bureau is ingelijst. Dat verhaal maakte duidelijk ook een grote indruk.

er is ook de erkenning van het publiek. Kort nadat de Nobelprijs bekend werd gemaakt, was ik toevallig in Zuid-Korea. Toen ik langs de straat liep, hield iemand me tegen en vroeg of Ik Dr.Gurdon was, en vertelde me dat mijn foto in de krant stond. Het was heel opmerkelijk echt, de dekking die de award kreeg. Het is natuurlijk ook leuk voor mensen om mijn werk te waarderen, en dat van Yamanaka, en dat mensen het hadden over herprogrammeren.

is er iets dat ontwikkelaars zouden verbaasd zijn om te weten te komen over u?

ik ben van mening dat het belangrijk is om redelijk fit en gezond te blijven. Ik heb altijd een interesse gehouden in verschillende sportieve activiteiten, met name skiën, schaatsen en squash, die mijn belangrijkste activiteiten waren, hoewel ik in de afgelopen jaren ben veranderd in tennis van squash.

maar ik veronderstel dat wat de lezers zou kunnen verrassen is dat ik een complete niet-intellectuele ben. Ik lees geen boeken, Ik haat lezen, en ik ga ook niet naar het theater. Als mij gevraagd wordt waarom ik niet graag lees, zal ik zeggen dat het lang duurt, het is veel gemakkelijker om te praten met iemand die het boek heeft gelezen en vragen om de bottom line! Ik ben niet geïnteresseerd in fictie, het is gewoon niet voor mij. Dus ik ben echt de ultieme niet-intellectuele.