Nieuwe meettechniek maakt piepkleine eiwitveranderingen in cellen zichtbaar

Cellen bevatten duizenden verschillende eiwitten die samen bepalen hoe een cel functioneert. Een hartcel heeft andere eiwitten nodig dan een hersencel, en zelfs kleine schommelingen in de hoeveelheid van een bepaald eiwit kunnen het verschil maken tussen een gezonde cel en een zieke cel. Het probleem: dat soort kleine veranderingen is voor wetenschappers vaak onmogelijk te meten, zeker bij eiwitten die toch al niet in grote hoeveelheden voorkomen.

Een team onder leiding van scheikundige Steven Banik van Stanford University publiceerde deze week in het tijdschrift Cell een nieuwe methode die dit probleem oplost. "Onze ideeën over wat belangrijk is in de biologie worden vaak bepaald door de gereedschappen die we hebben om ernaar te kijken," zegt Banik. "Als we signalen kunnen versterken die we eerder niet konden zien, kunnen we nieuwe biologie ontdekken."

Van zandkorrel tot rots

De onderzoekers vergelijken hun uitdaging met het zoeken naar een handvol zandkorrels dat is weggehaald van een strand: onmogelijk te zien met het blote oog. Traditionele technieken proberen dit op te lossen door eiwit uit grote hoeveelheden cellen te halen en te concentreren, vergelijkbaar met het pannen naar goud totdat er genoeg goudkorrels overblijven om te zien. Dat kost veel cellen en veel tijd.

Het Stanford-team koos een andere aanpak: in plaats van meer materiaal te verzamelen, versterkten ze het signaal zelf. "Als je een korrel zand tot een rots kunt laten lijken en die van tafel haalt, valt dat wél op," legt Banik uit. Het resultaat is een methode die ook met kleine hoeveelheden cellen werkt, waardoor honderden eiwitten en kandidaat-medicijnen tegelijk getest kunnen worden.

Een dimmer in plaats van een schakelaar

De truc zit in slimme celtechniek. De onderzoekers koppelden het te bestuderen eiwit aan een molecuul dat een stukje genetische code geblokkeerd houdt. Zodra dat gekoppelde eiwit wordt afgebroken, komt er een tweede molecuul vrij dat als een soort gaspedaal werkt: het zet de celmachinerie aan om fluorescerende, oplichtende eiwitten te maken. Hoe meer van het oorspronkelijke eiwit wordt afgebroken, hoe sterker het licht onder de microscoop. Zo werkt het systeem niet als een simpele aan-uitschakelaar, maar als een dimmer die de mate van eiwitafbraak in een meetbaar lichtsignaal omzet.

Voor de grootschalige tests werkte het team samen met de Nucleus-faciliteit van Stanford, die geautomatiseerde apparatuur voor hoogdoorvoerscreening levert. Postdoc en hoofdauteur Melissa Gray noemt die faciliteit onmisbaar: taken die met de hand onmogelijk waren, konden dankzij de automatisering wel worden uitgevoerd.

Toepassing in medicijnontwikkeling

De methode is met name interessant voor de ontwikkeling van medicijnen die kapotte of schadelijke eiwitten in cellen laten afbreken, een aanpak die al wordt onderzocht bij ziekten als kanker. Doordat de nieuwe techniek subtiele afbraak zichtbaar maakt, kunnen onderzoekers sneller bepalen welke kandidaat-moleculen daadwerkelijk werken. Het systeem is bovendien aanpasbaar: het kan verschillende kleuren licht tegelijk gebruiken in dezelfde cel, of een ander uitleesbaar signaal genereren dat via DNA-sequencing kan worden afgelezen in plaats van via licht.

Banik hoopt dat andere wetenschappers met het instrument ontdekkingen doen die anders veel langer hadden geduurd. "Het zou heel bevredigend zijn als mensen hiermee interessante medicijnmoleculen vinden die we voorheen niet konden zien, omdat de juiste lens ontbrak."