Beweging van één enkel transporteiwit waargenomen

Onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen zijn er als eersten in geslaagd de beweging van één enkel transporteiwit in een celmembraan in beeld te brengen. Hun bevindingen worden 3 oktober 2013 gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Nature. Begrip van de manier waarop dit soort eiwitten beweegt tijdens het transporteren van moleculen is van belang voor onderzoek naar ziekten.

Het transporteren van moleculen door een celmembraan is cruciaal voor al het leven. De meeste moleculen kunnen alleen met behulp van een transporteiwit door het vettige celmembraan heen komen.

image002

Illustratie-ontwerp: Edu Madrid Pérez

Deze transporteiwitten, die in de celmembraan vast zitten, zijn vaak zeer gespecialiseerd. Ze binden specifieke moleculen en transporteren ze van buiten naar binnen (of omgekeerd). Zonder dit transport staat het leven in de cel stil.

Het eiwitcomplex GltPh zorgt voor de opname van de voedingsstof aspartaat in micro-organismen. GltPh bestaat uit drie identieke eiwitten die samen één transportcomplex vormen. ‘De vraag is hoe de onderdelen van dit complex precies bewegen wanneer dit aspartaat naar binnen haalt’, vertelt prof. dr. Antoine van Oijen, wiens onderzoeksgroep zich specialiseert in enkel-molecuul biofysica.

Activatie
Om het transportcomplex te bestuderen zijn aan twee van de drie eiwitten fluorescentie-merkers gekoppeld. De merkers zenden licht uit als ze met lasers worden beschenen. Bijzonder is dat de merkers elkaar beïnvloeden: de eerste merker zendt licht uit dat de tweede activeert. Hoe sterk die activatie is hangt af van de afstand tussen de twee merkers. Op deze manier is het mogelijk de afstand tussen de twee gemerkte eiwitten te volgen tijdens het opnemen van aspartaat.

Postdoctoraal onderzoeker dr. Guus Erkens voerde het onderzoek uit, dat technisch zeer uitdagend was. Erkens: ‘Dit soort onderzoek is niet eerder gedaan met een eiwit dat in een membraan zit. Gelukkig is er in Groningen veel ervaring in het werken met membraaneiwitten.’ Het onderzoek is dan ook in nauwe samenwerking uitgevoerd met prof. dr. Dirk Slotboom, die gespecialiseerd is in membraaneiwitten. Slotboom werkt al tien jaar met GltPh en publiceerde daar zeer onlangs nog over in Nature Structural & Molecular Biology.

Erkens maakte preparaten met enkele honderden liposomen, blaasjes gemaakt van vetten die een kunstmatig membraan vormen dat sterk lijkt op een natuurlijk celmembraan. Door de concentratie van de eiwitten en de merkers laag te houden, bevatte een deel van de blaasjes slechts één GltPh complex met aan slechts twee eiwitten de juiste merkers. Alleen die blaasjes waren bruikbaar voor het onderzoek.

Camera
‘We meten een paar honderd blaasjes tegelijk, en pikken de blaasjes met één juist gelabeld complex eruit. Die data analyseren we’, legt Erkens uit. Dat meten gebeurt onder een speciaal aangepaste microscoop. Lasers activeren de merkers en een gevoelige camera legt de reactie vast. Door aspartaat en een energiebron toe te voegen begint het transport.

De drie eiwitten van het transportcomplex vormen een soort kommetje in het membraan. Die kom klapt om en neemt daarbij aspartaat mee naar binnen. ‘De vraag was hoe dit gebeurt’, vertelt Van Oijen. ‘Klappen de drie subeenheden gelijk, netjes na elkaar, of op een chaotische manier om?’ De resultaten van Erkens laten zien dat er geen vast patroon in de beweging zit. De eenheden klappen willekeurig om en kunnen onafhankelijk van elkaar een aspartaat molecuul transporteren.

Het onderzoek is van belang voor medisch onderzoek omdat mensen in de hersenen een vergelijkbaar transportcomplex hebben. Dit complex verwijdert glutamaat, een signaalstof waarmee zenuwcellen onderling communiceren. ‘Wanneer dit complex niet goed werkt, heeft dat gevolgen voor de werking van de hersenen’, legt Van Oijen uit. Mogelijk speelt een defect in het glutamaat transport een rol bij ziekten als Alzheimer, ALS of Huntington.

Geneesmiddelen
‘Nu we weten hoe de transporter normaal werkt, is het mogelijk gericht te zoeken naar afwijkingen’, aldus Van Oijen. ‘En dat kan weer leiden tot het gericht ontwerpen van geneesmiddelen. Maar dat traject kan best tien tot twintig jaar duren.’

Voor Van Oijen is het onderzoek vooral een stap in een langer proces, waarbij hij individuele moleculen in een zo natuurlijk mogelijk omgeving wil bestuderen. ‘Er zijn ook groepen die GltPh hebben onderzocht in een soort zeepachtig oplosmiddel. Dan kan het wel omklappen, maar er is geen transport mogelijk omdat er geen ‘binnen’ of ‘buiten’ is in de oplossing.’

De resultaten van dit soort onderzoek verschillen sterk van wat Van Oijen nu heeft gevonden. Dat is voor hem het bewijs dat hij op de goede weg is. ‘Je moet zo’n transporteiwit in de juiste omgeving onderzoeken. Pas als ze echt kunnen transporteren door een echt membraan kun je het moleculaire mechanisme gaan begrijpen.’ Van Oijen richt zich nu op eiwitcomplexen die uit verschillende componenten bestaan. ‘Uiteindelijk willen we weten hoe al die eiwitten in een echte cel werken.’

Bron: RuG

Redactie Medicalfacts/ Janine Budding

Ik heb mij gespecialiseerd in interactief nieuws voor zorgverleners, zodat zorgverleners elke dag weer op de hoogte zijn van het nieuws wat voor hen relevant kan zijn. Zowel lekennieuws als nieuws specifiek voor zorgverleners en voorschrijvers. Social Media, Womens Health, Patient advocacy, patient empowerment, personalized medicine & Zorg 2.0 en het sociaal domein zijn voor mij speerpunten om extra aandacht aan te besteden.

Ik studeerde fysiotherapie en Health Care bedrijfskunde. Daarnaast ben ik geregistreerd Onafhankelijk cliëntondersteuner en mantelzorgmakelaar. Ik heb veel ervaring in diverse functies in de zorg, het sociaal domein en medische-, farmaceutische industrie, nationaal en internationaal. En heb brede medische kennis van de meeste specialismen in de zorg. En van de zorgwetten waaruit de zorg wordt geregeld en gefinancierd. Ik ga jaarlijks naar de meeste toonaangevende medisch congressen in Europa en Amerika om mijn kennis up-to-date te houden en bij te blijven op de laatste ontwikkelingen en innovaties. Momenteel ben doe ik een Master toegepaste psychologie.

De berichten van mij op deze weblog vormen geen afspiegeling van strategie, beleid of richting van een werkgever noch zijn het werkzaamheden van of voor een opdrachtgever of werkgever.

Recente artikelen