Van vloeibaar naar vast: nieuwe techniek laat zien hoe druppels in cellen ziektes veroorzaken
Inzicht in het gedrag van kleine druppels in onze cellen kan helpen in de zoektocht naar nieuwe medicijnen,. Een team van Leidse onderzoekers heeft een baanbrekende methode ontwikkeld om te onderzoeken hoe kleine celdruppels veranderen van vloeibaar naar vast. Deze overgang speelt een rol bij verschillende ziektes waaronder Alzheimer en spierdystrofie. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Cell Reports Physical Science.
Ze werken een beetje zoals oliedruppels die zich spontaan van water scheiden, maar dan binnenin de cel: biomoleculaire condensaten. Het zijn membraamloze druppels die betrokken zijn bij belangrijke processen zoals het opslaan van moleculen en het regelen van chemische reacties. Het kan echter gebeuren dat deze druppels overgaan van een vloeibare naar een vaste of gelachtige vorm. Deze overgang hangt samen met ziektes die hersenen aantasten, zoals Alzeimer en spierdystrofie. Tot nu toe bestonden er geen effectieve methoden om deze overgangen in detail te onderzoeken, maar Alireza Mashaghi en zijn team hebben een oplossing gevonden.
Wist je dat?
Biomoleculaire condensaten zijn kleine druppels in onze cellen. Ze bestaan uit eiwitten, nucleïnezuren en soms koolhydraten.
Schadelijke processen omkeren
Mashaghi: ‘Mijn lab heft een technologie ontwikkeld die de overgang van vloeibaar naar vast in deze eiwitrijke druppels kan meten. Het schept nieuwe mogelijkheden voor fundamenteel biologieonderzoek, maar ook voor nieuwe geneesmiddelen. Het is het resultaat van jarenlang hard werken, onder andere door onze postdoc Aida Naghilouye Hidaji.’
Vanwege de beperkingen van bestaande methoden lukte het onderzoekers lange tijd niet goed om de overgang van condensaten goed te bestuderen. Het team van Mashaghi ging de uitdaging aan met een techniek die scanning probe microscopy (SPM) wordt genoemd. Deze methode maakt gebruik van een klein meetinstrument om oppervlakten op een zeer kleine schaal te scannen. Hierdoor kunnen wetenschappers de mechanische eigenschappen van material meten, zoals hoe zacht of stijf ze zijn. Op die manier kunnen onderzoekers individuele druppels volgen terwijl ze verharden of juist weer zachter worden. Vooral dat laatste is belangrijk, omdat het het startpunt kan zijn voor de ontwikkeling van nieuwe medicijnen die de schadelijke verharding bij ziektes kunnen omkeren.
Samenwerken voor een wereldwijde impact
In de loop der jaren heeft het team van Mashaghi verschillende interdisciplinaire methodes ontwikkeld om menselijke ziektes te bestuderen. Door bijvoorbeeld te kijken naar individuele moleculen en de structuur (of de topologie) van eiwitten, onderzocht het team welke rol afwijkende eiwitten spelen bij ziektes als spierdystrofie en kanker. Deze eiwitten vormen bij ziekte vaak biomoleculaire condensaten en eiwitklonten, en zijn daarom een belangrijk doelwit voor onderzoek met de nieuwe SPM-methode.
‘Dit is een geweldig voorbeeld van interdisciplinair onderzoek, en het zet onze faculteit in de schijnwerpers binnen dit onderzoeksveld,’ aldus Mashaghi. ‘Omdat onze methode breed toepasbaar is, verwachten we dat wetenschappers het wereldwijd gaan gebruiken. Je hoort waarschijnlijk later dit jaar meer van ons en onze samenwerkingspartners over dit onderwerp – stay tuned!’