Nieuwe techniek ontrafelt transport in levende hersencellen

Dankzij een nieuwe techniek kan de werking van motoreiwitten in levende hersencellen worden bestudeerd. Dat kon tot nu toe alleen onder kunstmatige omstandigheden buiten de cel. Motoreiwitten brengen bouwstenen van de ene naar de andere plek in een cel.

NWO-onderzoeker Lukas Kapitein wist in beeld te brengen hoe motoreiwitten in hersencellen hun weg vinden. Het onderzoek naar transportsystemen binnen hersencellen leidt mogelijk tot meer inzicht in het verloop van hersenaandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer. De nieuwe afdeling Celbiologie van de Universiteit Utrecht, die op 7 oktober opent, zal de pas ontdekte techniek verder gaan ontwikkelen en inzetten.

Motoreiwitten zorgen voor het transport van stoffen in een cel. Ze ‘lopen’ langs minuscule buizen in de cel, zogeheten microtubuli. Die microtubuli hebben een plus- en minkant. Daarmee regelt de cel de richting van het eiwitverkeer. Afhankelijk van het type motoreiwit lopen deze van plus naar min, of andersom. In axonen, de langste uitlopers van hersencellen, liggen de microtubuli allemaal dezelfde kant op. Welke kant een motoreiwit in zo’n axon op gaat en hoe dus een bepaalde stof van het ene punt naar het andere wordt gebracht, valt daardoor goed te voorspellen. Maar in dendrieten, de andere uitlopers van hersencellen, lopen de microtubuli kriskras door elkaar. Tot nu toe was het een groot raadsel hoe het eiwittransport hier wordt gereguleerd. Dankzij biofysicus Lukas Kapitein is hier nu een methode voor beschikbaar.

Kapitein onderzocht drie typen motoreiwitten: kinesine, dyneine en myosine, die allen in verschillende vormen bestaan. Kapitein: ‘We ontdekten dat bepaalde motoreiwitten alleen naar axonen bewegen en nooit naar een dendriet. Dat betekent dat die eiwitten het onderscheid tussen de twee typen uitlopers van hersencellen kunnen voelen. We begrijpen nu veel beter hoe selectief transport in hersencellen werkt.’

Kapitein ontwikkelde een techniek om het gedrag van motoreiwitten in levende hersencellen van ratten te bestuderen. Hij plaatste de cellen onder een speciale microscoop en fotografeerde ze een aantal keer achter elkaar. Door een speciale stof toe te voegen, bonden specifieke motoreiwitten aan stilstaande deeltjes in de cel. De motoreiwitten brachten die deeltjes in beweging. Doordat de motoreiwitten op hun tocht telkens nieuwe deeltjes in beweging brachten, konden de onderzoekers volgen hoe de motoreiwitten zich door de cel verplaatsten. ‘Dit levert voor ons spectaculaire filmpjes op’, zegt Kapitein (www.cellbio.nl). ‘Deze techniek brengt ons een enorme stap voorwaarts. We benaderen de echte situatie in het lichaam veel beter dan met proeven buiten de cel. De resultaten van dit onderzoek vallen naar verwachting goed naar mensen te vertalen.’
Manipuleren

Op 7 oktober 2011 vindt aan de Universiteit Utrecht het symposium ‘Imaging Biocomplexity’ plaats, ter ere van de oprichting van de afdeling Celbiologie onder leiding van Casper Hoogenraad en Anna Akhmanova. De onderzoeksgroep Biofysica van Kapitein vormt daarin een belangrijke spil. ‘Wij zijn het enige lab ter wereld dat zo goed in staat is om transportsystemen in levende cellen te bestuderen’, zegt Kapitein. Met het manipuleren van de eiwitdistributie in hersencellen hoopt hij meer inzicht te krijgen in het verloop van ziekten waarbij ons brein steeds slechter gaat werken, zoals bij de ziekte van Alzheimer. Uiteindelijk doel is het wegennet en de verkeersregels voor motoreiwitten en bouwstoffen in onze hersencellen te ontrafelen.

Kapitein deed zijn onderzoek met een Veni van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). De Veni-subsidie van 250.000 euro is bedoeld voor recent gepromoveerde wetenschappers en geldt als een belangrijke stap in een wetenschappelijke carrière. De nieuwe onderzoeksgroep Biofysica van de Universiteit Utrecht wordt mede gefinancierd vanuit NWO-nano. Dit onderzoeksprogramma is gericht op het stimuleren van excellent fundamenteel en toepassingsgericht onderzoek op het gebied van nanowetenschap en –technologie in Nederland, om zodoende de internationale concurrentiepositie van Nederland op dit gebied te versterken.