Onderzoekers van de UU en FOM sturen transport in zenuwcel met licht

Nederlandse celbiologen hebben een manier gevonden om achter het stuur te kruipen van een cel. Met blauw laserlicht zijn ze er in geslaagd onderdelen in een zenuwcel te vervoeren. De techniek kan helpen hersenziektes als Alzheimer te begrijpen.

9 januari 2015

Net als een mens organen nodig heeft, heeft een cel organellen om specialistische taken uit te voeren. Die organellen komen op de juiste bestemming terecht door transport. Dat transport verloopt via een netwerk van holle eiwitbuisjes dat de cel aanlegt. Over dat netwerk lopen motoreiwitten die de organellen als het ware vastgrijpen en ze vervolgens meeslepen.

Onderzoekers vermoeden dat de locatie van de organellen van belang is voor hun functie. Blaasjes die celafval afbreken vind je bijvoorbeeld heel kenmerkend in het centrum van de cel, terwijl de blaasjes die celmateriaal recyclen juist op hun vertrouwde plek aan de rand van de cel liggen.

“We hebben veel aanwijzingen dat de juiste positie van deze onderdelen essentieel is voor het goed functioneren van een cel”, licht onderzoeksleider Lukas Kapitein toe. “Tot nu toe was het echter niet mogelijk om selectief een bepaald celonderdeel op een bepaalde plek te krijgen of weg te halen”

Blauw laserlicht

De groep celbiologen van de Universiteit Utrecht en FOM (Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie) ontwikkelde een nieuwe methode, waarmee het mogelijk is met blauw laserlicht celonderdelen naar een andere plek in de cel te brengen. Hun publicatie hierover verscheen deze week in het blad Nature.

De methode werkt als volgt. De onderzoekers brengen op de soort organellen die ze willen verplaatsen een lichtgevoelige groep aan (normaal zijn deze organellen namelijk niet lichtgevoelig). Daarna schijnen ze heel lokaal met blauw laserlicht in de cel. Het opvangen van licht leidt ertoe dat de lichtgevoelige groep van vorm verandert, waardoor het mogelijk wordt voor een motoreiwit om eraan te binden. Omdat van het motoreiwit bekend is welke richting het op wandelt, is op deze manier het transport van organellen te sturen.

Een mens heeft honderd miljard zenuwcellen waarmee we denken, voelen, bewegen en waarnemen.
Kamal Sharma/Johns Hopkins University School of Medicine

Het is een veelzijdige methode voor onderzoek naar alle cellen, maar in het bijzonder voor zenuwcellen, waar de onderzoeksgroep van Kapitein in geïnteresseerd is. In zenuwcellen is de locatie van organellen extra georganiseerd. Een zenuwcel is namelijk geen min of meer symmetrisch rond bolletje, maar een cellichaampje met een uitloper die wel een meter lang kan worden. Je kan je voorstellen dat het dan nog belangrijker is dat elk organel op de goede plaats zit om de cel goed te laten functioneren.

“Voor wetenschappers is dit een heel belangrijk nieuw gereedschap. We kunnen nu gaan onderzoeken wat het nut is van bepaalde organellen op een bepaalde plek. Daarnaast kunnen we kijken wat er gebeurt als we het transport weer herstellen in cellen waar dat verstoord is”, aldus Kapitein.

Begrijpen van Alzheimer

Eén vraag over het transport in zenuwcellen hebben ze al beantwoord. In een experiment koppelden het team blaasjes die celmateriaal recyclen, aan een motoreiwit dat altijd richting het einde van de uitloper loopt. Zo belanden er dus veel blaasjes op die specifieke locatie. Ze zagen dat de uitloper van de zenuwcel uitgroeide door de aanwezigheid van de blaasjes. Zaten de blaasjes op een andere plek? Dan groeide de uitloper niet.

Dit soort observaties is belangrijk om te begrijpen hoe schade aan uitlopers eventueel hersteld kan worden. Ook kunnen onderzoekers de techniek gebruiken om meer te begrijpen over het ontstaan van hersenziektes als Alzheimer, waarbij het transport in de zenuwcellen verstoord is. Kapitein: “Met onze techniek kunnen we nu onderzoeken, of het bevorderen van het transport kan bijdragen aan het herstel van schade. Vijf jaar geleden had ik niet durven dromen dat we dit nu al zo gericht zouden kunnen bestuderen.”

Het transport ‘live’ zien in een zenuwcel? Kijk dan naar dit filmpje, waarin Lukas Kapitein laat zien wat zijn groep heeft ontdekt.

Bron:

Petra van Bergeijk e.a., ‘Optogenetic control of organelle transport and positioning’, Nature, online gepubliceerd op 7 januari 2015, doi 10.1038/nature14128

Reageer