Je leest:

Zwellende cellen

Zwellende cellen

Auteur: | 28 januari 2005

Eicellen van vissen die kuit schieten op de oceaan, dreigen naar de bodem te zakken. Ze krijgen hulp van de strengste portier op aarde.

Seks midden op de oceaan. Romantisch ja, maar het heeft zo zijn nadelen. Vissen penetreren namelijk niet. Vrouwlief zet haar eitjes af en voor man is het zaak daar snel zijn sperma op los te laten. Waar een zoetwatervis als de stekelbaars nog een soort nestje bouwt, waarin vrouw en man hun geslachtscellen dumpen, dreigen de ei- en zaadcellen van pelagische vissen elkaar te verliezen in het schier onbegrensde water van de oceaan.

De zoutwatervrouwtjes hebben daarvoor een oplossing. Vlak voor ovulatie vult de eicel zich met water, waardoor ze blijven zweven in de oceaan. Zonder dit opzwellen zouden de eicellen snel naar de bodem zakken, waarmee de kans op bevruchting miniem is.

Twintig liter urine

Spaanse marien biologen en een moleculair celfysioloog uit Nijmegen weten nu hoe zo’n eicel opzwelt. De cellen zetten tijdelijk een waterkanaal open, een zogeheten aquaporine (Science, 28 januari).

‘Het bijzondere van deze aquaporines is dat ze alleen water de cel ín laten’, vertelt dr. Peter Deen van het Nijmeegse Centrum voor Moleculaire Life Sciences. ‘We kennen aquaporines uit de nieren. Daar zorgen ze voor transport van water dóór de cel heen, tussen de buisjes met primaire urine en de bloedvaatjes.’

Deen is een van de weinige aquaporine-deskundigen. Zijn werk werd geëerd in de Nobellezing van Peter Agre. Die ontving samen met Roy McKinnon in 2003 de Nobelprijs voor de scheikunde voor hun ontdekking van waterkanalen. Deen heeft aangetoond dat nierpatiënten, die tot twintig liter urine per dag produceren, een erfelijke mutatie in het gen voor waterkanalen bezitten. Nieren halen uit het bloed eerst primaire urine, dat nog veel water bevat. Bij gezonde mensen zorgen aquaporines ervoor dat water terug naar het bloed gaat. Bij de nierpatiënten lukt dat niet.

Goudbrasem

Nu toont Deen de aanwezigheid van de minuscule waterpoortjes aan in de eicellen van de goudbrasem, een zomergast in de Noordzee. ‘De eicellen zwellen abrupt op, binnen enkele uren neemt het volume toe met 350 procent. Dat komt door osmose. We zien dat een uur of twee voor de zwelling dooierzakeiwit tot heel veel kleine moleculen wordt afgebroken. Dat betekent een intracellulaire toename van moleculen, de cel hoeft alleen nog maar een waterkanaal open te zetten waarna osmose de cel van water voorziet.’

Aquaporine is een strenge poortwachter. De poort gaat maar een klein beetje open, drie ångström, waardoor alleen de kleine watermoleculen kunnen passeren. Aquaporine zelf is een transmembraan eiwit, dat zes keer door het membraan gaat. Het daadwerkelijke kanaal ligt bij het aminozuur cysteïne. Dit aminozuur bindt aan kwik, en daar hebben Deen en zijn Spaanse collega’s handig gebruik van gemaakt.

Kwik belemmert de doorgang van het waterkanaal; door kwikchloride toe te voegen aan rijpende embryo’s werd opzwellen voorkomen. ß-Mercaptoethanol op zijn beurt kan die blokkade opheffen. Voegden ze die stof toe, dan nam de eicel weer water op.

De mogelijkheid de zwelling reversibel te blokkeren, leidde tot het bewijs voor de waterkanalen. Deen bracht aquaporine tot expressie in een andere soort, de klauwpad Xenopus laevis – een veelgebruikt modeldier in Nijmegen. Van X. laevis is bekend dat de eicellen nauwelijks opzwellen voor ovulatie. Maar na injectie met cDNA voor aquaporine namen de eicellen van het amfibie ook water op. Met kwik erbij bleven de cellen klein, ß-mercaptoethanol erover en de zwelling was weer terug. Q.E.D.

Oppikken

De Spaanse biologen wisten het cDNA van het waterkanaal van pelagische eicellen op te pikken. Ze maakten gebruik van twee aminozuurmotieven: asparagine-proline-alanine. Dit is een sterk geconserveerde sequentie binnen de aquaporine-familie – meerdere genen voor aquaporine zijn immers al gekloneerd. Tegen deze motieven maakten de Spanjaarden primers zodat ze met reverse transcriptie-PCR het cDNA voor het vissen-aquaporine konden oppikken uit cDNA uit een vissenovarium. Met een andere moleculaire truc (rapid amplification of cDNA ends) achterhaalden ze de rest van de sequentie.

‘Met die sequentie in handen konden we ook kijken waar aquaporine zich in de eicel bevindt. Dat deden we met immunocytochemie. Eerst maak je in konijnen antilichamen tegen die aminozuursequentie. Vervolgens neem je antilichamen tegen konijnenantilichamen die je voorziet van een fluorescentielabel. Beide antilichamen breng je op de oöcyt. We zagen op die manier dat aquaporines zich in de microvilli bevinden.’ Microvilli zijn de vingervormige uitstekels die door het vitellinemembraan (de buitenste schil van de eicel) heen steken.

Cryopreservatie

De studie naar opzwellende eieren is in Spanje begonnen, Deen is er later bij betrokken. De visteelt in Spanje is van groot economisch belang. De Spaanse biologen hebben al het woord cryopreservatie laten vallen. Vissen als zeebaars of tarbot produceren alleen eieren in de lente. De mediterrane vistelers zouden graag de eicellen invriezen voor kweek in andere seizoenen. Invriezen maakt de eicel dood: als water stolt, ontstaan kristallen die als een naald door de membranen van de cel steken.

In theorie zou vorming van de schadelijke kristallen wellicht voorkomen kunnen worden door tijdelijk het waterkanaal te blokkeren. De volgende vraag is dan of na de vriesperiode de blokkade van aquaporine kan worden opgeheven, en of de cellen dan nog bevrucht kunnen worden. ‘Zoals wij het in het lab deden, is in ieder geval geen optie,’ licht Deen toe. ‘Kwik is hartstikke giftig.’

Bron:

Fabra et al., J. Marine fish egg hydration is aquaporin-mediated. Science 307, 5709, 28 januari 2005.

Dit artikel is een publicatie van Bionieuws.
© Bionieuws, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 28 januari 2005

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.