Het is wetenschappers gelukt om cellen met behulp van eiwitketens te laten bijhouden of bepaalde genen aan- of uit zijn gezet. Deze ‘celherinneringen’ zijn handig bij onder meer geneesmiddelonderzoek.

Bij veroudering, het ziekteproces en de werking van medicijnen zijn ongelofelijk veel genen betrokken. Maar welke genen worden wanneer aan- en uitgezet? Daar zijn beeldtechnieken voor, maar die werken niet altijd goed. Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology hebben nu met eiwitten een ‘geheugen’ gebouwd binnen in de cel die gebeurtenissen registreert. Ze publiceerden erover in Nature Biotechnology.

Lees ook:

• Tien jaar CRISPR-Cas: hoe zat het ook alweer?
• ‘AlphaFold zal alles veranderen’
• Muziek maken met complexe eiwitten

Eiwitstukjes

Het team, onder leiding van Edward Boyden, maakte die eiwitten met behulp van eiwitstukjes, subunits genoemd. Deze specifieke subunits komen van nature niet voor in cellen, maar cellen kunnen wel geprogrammeerd worden ze te maken.

Boyden en zijn team veranderden muizenhersencellen in een labschaaltje op zo’n manier dat ze subunit HA continu aanmaakten en subunit V5 alleen wanneer het gen c-fos aanstaat. C-fos is betrokken bij het ontstaan van kanker maar is ook actief wanneer hersencellen een signaal afvuren naar hun buurcellen.

Hersencellen ‘kietelen’

De subunits bevatten elk een ander epitoop, een herkenbaar stukje eiwit. Aan elke epitoop bindt een specifiek fluorescent ‘vlaggetje’. Onder de microscoop lichten deze verschillend gekleurde vlaggetjes op. Zo konden de onderzoekers de volgorde van de subunits op de eiwitketen achterhalen. En daardoor wisten ze precies wanneer c-fos aanstond.

Door met bepaalde chemicaliën de hersencellen te ‘kietelen’, konden Boyden en collega’s van buitenaf c-fos activeren. De timing van deze gebeurtenissen bleken inderdaad goed geregistreerd te zijn in de eiwitketen.

Eiwit te groot voor de cel?

Volgens de onderzoekers is het geheugensysteem aanpasbaar. Dat wil zeggen dat je naar believen subunits kan omwisselen of toevoegen. Zo zijn er ook subunits die celdeling en de activatie van bepaalde enzymen kunnen registreren. Ideaal voor onderzoekers die celprocessen bestuderen. Daarbij kun je denken aan de werking van ons geheugen, waar medicijnen precies op ingrijpen en zelfs veroudering.

Aan het bestuderen van veroudering zitten wel nog wat haken en ogen. Het cellulaire geheugen werkt namelijk slechts enkele dagen. Daarna wordt de eiwitketen te groot en past hij simpelweg niet meer in de cel. Die tijdsperiode kan wel langer, maar dan zal de groeisnelheid van de ketens omlaag moeten. En dat gaat dan weer ten koste van de precieze timing van gebeurtenissen.

Origineel werk

“Ik vind dit een origineel onderzoek”, zegt biofysicus Erwin Peterman van de VU Amsterdam. “De auteurs van de studie hebben het voor elkaar gekregen om de historie van de cel op te slaan in de cel zelf. Ze laten goed zien dat het principe werkt, de cel er niet door ontregelt raakt en dat de tijdslijn lineair is. Dit werk brengt verschillende onderzoeksvelden samen: van eiwitontwerp en genetische modificatie tot celbiologische toepassingen zelf.”

“Heel gaaf allemaal”, vervolgt hij, “maar het zou mooi zijn als de methode ook geschikt zou worden gemaakt voor bijvoorbeeld delende cellen en dat het een betere tijdsresolutie krijgt. Ik denk dat deze techniek dan goed inzetbaar is voor als je wilt weten hoe cellen zich ontwikkelen, specialiseren er wat er gebeurt als je ze blootstelt aan wisselende omstandigheden.”

Bronnen: Nature Biotechnology, MIT via EurekAlert!

Beeld: DeepMind

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!