De Groninger druktemeter (afb: RUG)
Onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen hebben een moleculaire sensor ontwikkeld waarmee ze ‘drukte’ in een cel kunnen meten die veroorzaakt wordt door de aanwezigheid van grote moleculen. Met de sensor, een V-vormig kunstmatig eiwit, is het mogelijk de concentratie van dit soort moleculen in zowel eukaryote als prokaryote cellen te meten.
Levende cellen zitten boordenvol, vooral, grote moleculen zoals eiwitten en nucleïnezuren. Je vraagt je af hoe in die bende ook maar iets fatsoenlijks gepresteerd kan worden, maar gebeurt wel degelijk en nog eens vrij efficiënt ook. Die drukte vermindert de bewegingssnelheid van de moleculen, maar zorgt er ook voor dat moleculen vlak bij elkaar blijven zitten. De transcriptie van DNA verloopt onder realistische condities zoals die in de cel aanwezig zijn honderd keer sneller dan in verdunde omstandigheden die tijdens laboratoriumexperimenten gebruikelijk zijn. Toch houden biochemici zelden rekening met die drukte.
Een belangrijke reden daarvoor is dat er geen goede techniek is om te meten hoe groot de drukte in cellen precies is. Tot nu toe maken onderzoekers schattingen, gebaseerd op de gemiddelde concentratie van macromoleculen en het gemiddelde volume van de cellen. Met de sensor die nu ontwikkeld is kan direct gemeten worden hoe druk het in cellen precies is. Het is zelfs mogelijk zichtbaar te maken hoe de drukte zich ontwikkeld in de tijd in verschillende delen van de cel.
De sensor is ontwikkeld door Arnold Boersma en Bert Poolman. Zij ontwikkelden een ‘veer’ van eiwit met fluorescente (lichtgevende) eiwitgroepen die beide einden markeren. De eerste eiwitgroep zendt blauw licht uit wanneer hij door een laser wordt beschenen. Het blauwe licht ‘activeert’ de tweede eiwitgroep waardoor die vervolgens geel licht gaat uitzenden. De overdracht van energie is een maat voor de afstand tussen beide groepen. Deze techniek heet FRET (Förster-resonantie-energieoverdracht).
Macromoleculen stommelen tegen de veer aan, waardoor de eiwitgroepen naar elkaar toe worden gedrukt. Controle-experimenten laten zien dat andere krachten (zoals de ionsterkte of chemische affiniteit) geen invloed hebben op de afstand tussen beide groepen. Andere proeven toonden aan dat de veer heel nauwkeurig de drukte in de cel meet.
De onderzoekers hebben een kunstmatig gen gemaakt dat zorgt voor de aanmaak van de het sensoreiwit in cellen. Daar zijn twee versies van, een voor bacteriële cellen (prokaryoten) en een voor zoogdiercellen (eukaryoten). “Wij zullen de sensor gebruiken om de structuur van het cytoplasma tijdens de celcyclus in kaart te brengen”, zegt Poolman. “Onze interesse gaat uit naar de manier waarop cellen hun volume kunnen regelen, iets dat natuurlijk de drukte in de cel beïnvloedt, maar er zijn nog tal van andere mogelijke toepassingen voor deze sensor.” Zo is informatie over de drukte in cellen van belang voor voor de snelheid van biochemische reacties en de affiniteit tussen biologische moleculen, maar ook bij de vouwing van eiwitten in levende cellen. “We willen weten hoe cellen werken, en hoe we ze kunnen aanpassen en ontwerpen om ze een specifieke functie te geven”, zegt Poolman.
Bron: RUG