Nathan De Fruyt wint de PDL-prijs voor beste masterthesis Biologie

Het vermogen om te leren uit voorgaande ervaringen is voor dieren essentieel om zich te kunnen aanpassen aan een omgeving die voortdurend verandert. Daarnaast is de mensheid sinds lang gefascineerd door de onderliggende werkingsmechanismen die het zenuwstelsel toelaten om informatie op te slaan. De rondworm Caenorhabditis elegans is om uiteenlopende redenen bijzonder geschikt om zulke fundamentele processen te bestuderen. Bovendien werd reeds aangetoond dat verschillende spelers die een belangrijke rol hebben in het leerproces van deze rondworm een gelijkaardige rol vervullen in vrijwel alle dieren, waaronder de mens.

Chemische signalen, zoals hormonen en peptiden, sturen onder meer de werking van het zenuwstelsel om gedrag aan te passen aan wat een organisme op dat moment nodig heeft. Zulke chemische moleculen vervullen die rol door te binden aan receptoreiwitten op het oppervlak van (zenuw)cellen. Neuropeptide receptor 6 (NPR-6) is een voorbeeld van zo’n receptoreiwit in C. elegans, waarvan we nog niet helemaal weten welke processen het beïnvloedt. Daarentegen heeft onderzoek naar de basisstructuur van NPR-6 wel al aangetoond dat het erg gelijkaardig is aan een receptoreiwit dat in insecten een rol speelt in verschillende processen, waaronder ook leren en geheugen.

De biologische rol van een eiwit wordt vaak bestudeerd aan de hand van mutante dieren waarin dit eiwit niet meer functioneel is. Zo suggereerde voorgaande data dat gemuteerde wormen waarin NPR-6 niet meer functioneel is, leerdefecten vertonen. Wormen waarin dit eiwit wel werkzaam is, kunnen de associatie maken tussen de geurstof diacetyl en een hongergevoel, waardoor ze nadien minder aangetrokken worden tot die geur. Mutante wormen presteerden minder goed wanneer we dit gedrag testten. Deze observatie probeerden we in deze thesis beter te begrijpen.

C. elegans (foto door Dan Dickinson, Goldstein lab, UNC Chapel Hill; CC BY-SA 3.0)

Vooreerst bevestigen onze gegevens de structurele gelijkenis met het gekende receptoreiwit van insecten. Daarenboven merkten we ook functionele gelijkenissen op. Zo lijkt NPR-6 een verzadigingssignaal over te brengen, net zoals zijn tegenspeler in verschillende insectensoorten. Hoewel de voorgestelde rol in leergedrag deels onopgehelderd blijft, suggereren onze gegevens dat NPR-6 mogelijks perceptie van de geur beïnvloedt in reactie op voedselbeschikbaarheid. Daarnaast lijkt NPR-6 ook voedsel-georiënteerde veranderingen in bewegingspatronen te sturen en is het receptoreiwit aanwezig in zenuwcellen waarvan we weten dat ze voedsel-georiënteerd gedrag sturen. Bovendien zochten we naar moleculen die kunnen binden aan NPR-6. Dit deden we aan de hand van een test waarin gemodificeerde stamcellen NPR-6 aanmaken en oplichten wanneer een signaalmolecule in staat is te binden aan NPR-6. In lijn met onze andere observaties, werd zo ook voor verschillende signaalmoleculen die we ontdekten reeds een rol gerapporteerd in voedsel-georiënteerd gedrag.

Nathan De Fruyt