Celkernen blijken minder dicht gepakt dat het omringende celplasma. De verhouding is verschillend tussen soorten cellen maar blijft vrij constant, blijkt (afb: Simone Reber et al./Nature Communications)
De cel is dicht’bevolkt’. Tot nu toe werd gedacht dat de celkern, met daarin een molecuul dat uitgerekt zo’n 2 m lang is, het dichtst ‘bevolkt’ was, maar onderzoekersters in Duitsland en de VS zagen dat het het omringende celplasma nog drukker was met allerlei eiwitten, kernzuren e.d. In een recente studie maten ze de subcellulaire dichtheid van een breed scala aan organismen. Doel van dit soort onderzoek is om biomoleculaire processen in allerlei cellen, variërend van gistcellen tot menselijke cellen, beter te begrijpen.
Als je zo’n cel van dichtbij bekijkt dan is het onbegrijpelijk dat die hele wirwar aan infrastructuur, RNA’s, eiwitten, aminozuren e.d. kan functioneren. Wat een chaos, maar die cellen voeren, afhankelijk van de soort, heel keurig allerlei ingewikkelde taken uit. Hoe dat mogelijk is, is nog maar zeer beperkt doorgrond.
Wetenschappelijke leerboeken beschrijven de celkern als een celonderdeel boordenvol met een indrukwekkende hoeveelheid DNA, gewikkeld rond histoneiwitten. Nu hebben onderzoekersters van enkele Max-Planckinstituten en het Albert Eindsteincollege voor geneeskunde in New York ontdekt dat de celkern niet het drukst bezet is, maar het omringende celplasma. Ondanks hun rijke biomoleculaire samenstelling bevatten celkernen minder droge massa dan hetzelfde volume van het omringende cytoplasma.
MPI-onderzoekster Simone Reber legt uit waarom het belangrijk is om te begrijpen hoe druk cellulaire omgevingen zijn: “Het is essentieel om de ‘echte’ omgeving in cellen te begrijpen, omdat deze de biomoleculaire structuur, dynamiek en functie beïnvloedt. De belangrijkste ontdekking van ons onderzoek is dat, hoewel verschillende soorten sterk variëren in hun absolute intracellulaire dichtheid, ze dezelfde dichtheidsverhouding tussen de kern en het cytoplasma behouden.”
“Hoewel elk organisme uniek is in zijn biomoleculaire samenstelling, is het waarschijnlijk dat de fundamentele natuurkundige principes van drukbalans de dichtheid en het volume van de celkern bepalen”, voegt medeonderzoeker Vasily Zaburdaev daar aan toe.
De onderzoekersters gebruikten licht om de dichtheidsverschillen in cellen te meten. Met licht kunnen cellen niet alleen worden onderzocht, maar ook gemanipuleerd. Licht kan krachten uitoefenen, waardoor laserstralen aan cellen kunnen ’trekken’ en hun mechanische eigenschappen kunnen meten met behulp van een ‘optische trekker’.
“We hadden eerder geprobeerd onze optische trekker op celkernen te gebruiken, maar dat lukte niet. De natuurkundig aannemelijke – maar destijds biologisch contra-intuïtieve – verklaring was dat de celkern een lagere dichtheid had dan het omringende materiaal”, zegt Jochen Guck. Daarom ontwikkelden de onderzoekersters een optische opstelling waarmee ze driedimensionale dichtheidsverdelingen in cellen met hoge resolutie konden verkrijgen door optische diffractietomografie en confocale fluorescentiemicroscopie te combineren.
Ziekte
Reber: “Hoewel de kern/cytoplasmadichtheidsverhoudingen van gistcellen tot menselijke cellen behouden blijven, zien we afwijkingen bij ziekte. Tijdens stressvolle celtoestanden zoals veroudering, de zogenaamde senescentie, worden celkernen dichter dan het cytoplasma. De studie wijst dus op het fundamentele belang van dichtheid als variabele die gezonde cellulaire processen bepaalt.” De wetenschappersters willen begrijpen hoe cellen een specifieke intracellulaire dichtheidsverdeling tot stand brengen en behouden om verdere biofysische mechanismen te ontcijferen die de celfunctie reguleren, zowel in gezonde als in ziektetoestand.
Bron: idw-online.de