Om erachter te komen hoeveel eiwitmoleculen er in een kluwen zitten, maken wetenschappers gebruik van een methode genaamd ‘fotobleken’. Hierbij voorzien ze alle eiwitmoleculen van een lichtgevende groep, oftewel een fluorofoor, en laten de moleculen vervolgens samenklonteren. Door de kluwens die ontstaan te beschijnen met een overdosis licht, doven de fluoroforen één voor één uit. Het aantal fluoroforen dat uitdooft geeft inzicht in het aantal fluoroforen dat in de kluwen aanwezig is, en daarmee in het aantal eiwitmoleculen.
Maar deze aanpak werkt niet altijd. Als de eiwitkluwen uit een groot aantal eiwitmoleculen bestaat, is het onmogelijk om nauwkeurig het aantal fluoroforen te tellen die doven.
Onderzoekers van de Universiteit Twente bedachten hier een oplossing voor. Ze ontwikkelden een ultragevoelige microscopietechniek waarmee de samenstelling van grote eiwitkluwen wél te ontrafelen is. De resultaten verschenen in het tijdschrift Angewandte Chemie.
Eiwitkluwen
Hoe ze dat deden? Door niet álle eiwitmoleculen te labelen met een fluorofoor. De Twentse onderzoekers plakten aan slechts een klein deel van alle eiwitmoleculen zo’n lichtgevend label. Vervolgens lieten ze alle eiwitmoleculen samenklonteren, wat meerdere eiwitkluwen opleverde. Onder de microscoop werden alle afzonderlijke klontjes bekeken en het aantal fluoroforen geteld door ze één voor één uit te laten doven onder invloed van een overdosis licht.
Het is trouwens niet mogelijk om een exact percentage, bijvoorbeeld tien of twintig procent, van alle eiwitmoleculen in een kluwen te labelen. Dat komt doordat de eiwitmoleculen heel willekeurig samenklonteren, waardoor de lichtgevende moleculen worden verdeeld over de klontjes. Dat betekent dat het ene klontje toevallig veel lichtgevende eiwitmoleculen kan krijgen, terwijl het andere klontje weinig of geen van deze moleculen zal bevatten.
Maar het is wel precies te voorspellen hoe de lichtgevende eiwitmoleculen zich over de verschillende klontjes zullen verdelen. En met die voorspelling bepaalden de onderzoekers het uiteindelijke aantal moleculen per eiwitkluwen.
Ophoping in de hersenen
Ze probeerden hun techniek uit met een eiwit dat in de hersenen voorkomt: alfa-synucleïne. In de hersenen van patiënten met Parkinson zijn deze eiwitten samengeklonterd. De eiwitkluwen richten schade aan aan de zenuwcellen waardoor deze afsterven. Maar uit hoeveel alfa-synucleïne-moleculen die eiwitkluwen bestaan, dat bleef voorheen gissen.
De metingen met de nieuwe techniek lieten zien dat er in een kluwen alfa-synucleïne altijd 31 moleculen zitten. Dat is nog eens precies. Maar wat heb je eigenlijk aan die informatie? “Als je een medicijn zou willen ontwikkelen dat Parkinson voorkomt, is het belangrijk om te weten waarop dit medicijn zich moet richten”, legt Niels Zijlstra van de Universiteit Twente en betrokken bij het onderzoek, uit.
De eiwitophopingen in het geval van Parkinson kunnen op meerdere manieren ontstaan: door hoge lokale hoeveelheden van het alfa-synucleïne, of bijvoorbeeld door de aanwezigheid van ijzer of dopamine. “Het zou goed kunnen dat bijvoorbeeld de wat kleinere eiwitkluwen veel schadelijker zijn dan de grotere, of juist andersom. Het is dus belangrijk om te kijken wat de overeenkomsten en verschillen zijn tussen de verschillende type eiwitkluwen, en die informatie te koppelen aan hoe schadelijk ze zijn voor cellen. Als we dit allemaal weten, zou je in principe weten waar een medicijn zich op zou moeten richten.”
En Parkinson is niet de enige ziekte waar eiwitkluwen een grote rol spelen; dit is ook het geval in bijvoorbeeld Alzheimer en Huntington. Zijlstra: “Ook daar kun je dit soort technieken inzetten om een beter begrip te krijgen van het ziekteproces.”
Bron:
Niels Zijlstra e.a., Molecular Composition of Sub-stoichiometrically Labeled α-Synuclein Oligomers Determined by Single-Molecule Photobleaching, Angewandte Chemie (15 augustus 2012).
Zie ook:
- Complexe eiwitstructuur ontrafeld met nieuwe computationele methode (Kennislinkartikel van Rijksuniversiteit Groningen)
- Leids enzymoloog brengt DNA-reparatie chemisch in kaart (Kennislinkartikel van Universiteit Leiden)
- Eiwitten uit de printer (Kennislinkartikel)
- Moleculair vouwwerk (Kennislinkartikel van Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde)
- Eiwitten betrokken bij ouderdom (Hoe?Zo! radio)
- Ontrafel eiwitten met een computerspel (Labyrint)