Moleculaire sensor maakt zink in cel zichtbaar
Geplaatst: 31 augustus, 2009
TU/e -onderzoekers hebben een moleculaire sensor ontwikkeld die de
hoeveelheid zink in cellen zichtbaar maakt. De sensor kan
waarschijnlijk meer duidelijk maken over ziektes als diabetes type 2
en Alzheimer. De resultaten zijn zondag 30 augustus gepubliceerd in de
online editie van Nature Methods.
Voor het eerst kunnen wetenschappers nu accuraat de zinkconcentratie
bepalen, evenals de plaats in de cel waar zink zit. Dit is van groot
belang, aangezien veel processen in het menselijk lichaam van zink
afhankelijk zijn. Wetenschappers denken dat zink bij verschillende
ziektes een belangrijke rol speelt. De stof helpt bijvoorbeeld bij het
inpakken van insuline in de cellen van de alvleesklier. Het gen dat
dit proces stuurt, is bij mensen met diabetes type 2 vaak veranderd.
Tot nu toe waren onderzoekers aangewezen op onnauwkeurige chemische
technieken om een grove schatting te krijgen van de concentratie zink
in cellen. Waar de stof precies zat en hoeveel er in totaal aanwezig
was, was niet goed te bepalen.
Moleculaire schakelaar
In dit onderzoek hebben de Eindhovense onderzoekers ir. Jan
Vinkenborg, dr. Melissa Koay en dr. Maarten Merkx samen met collegas
van het Imperial College London een sensoreiwit ontwikkeld. De sensor
werkt als een moleculaire schakelaar die in aanwezigheid van zink van
kleur verandert, doordat de afstand tussen twee fluorescente eiwitten
groter wordt. De kleur van de cel is dus een maat voor de aanwezige
hoeveelheid zink.
Dr. Maarten Merkx, van de faculteit Biomedische Technologie van de
TU/e, en één van de auteurs: Vergeleken met metalen als calcium en
natrium hebben biologen tot nu toe veel minder onderzoek gedaan naar
zink. Dit komt deels doordat we het nog niet goed konden meten, omdat
de concentratie van zink in de cel erg laag is. Terwijl zink wel enorm
belangrijk voor ons is. Onderzoek laat zien dat het een rol speelt in
heel uiteenlopende delen van het lichaam, zoals de spieren en de
hersenen.
Zink en diabetes
De onderzoekers gebruikten hun nieuwe sensor in alvleeskliercellen,
waar zinkionen insuline binden. Uit eerder onderzoek was gebleken dat
een gen dat zorgt voor zinktransport vaak veranderd is bij mensen met
diabetes type 2. Met mogelijke gevolgen voor de manier waarop insuline
wordt opgeslagen. De onderzoekers vonden hoge concentraties zinkionen
op plaatsen in de cel, waar ook insuline werd gevonden. Zij hopen dat
de nieuwe sensor wetenschappers kan helpen uit te vinden welke rol
zink precies speelt bij diabetes.
De onderzoekers kunnen met hun sensor nu heel precies de concentratie
van zink in cellen meten en waar in de cel het precies zit. Merkx: Het
was mooi om te zien dat de cel de concentratie van zink heel
nauwkeurig regelt rond 400 picomol per liter. Te hoge concentraties
zink zijn al snel toxisch voor de cel, maar zink is tegelijk een
essentieel metaalion voor tal van enzymen en allerlei andere processen
in de cel. We hopen dat de nieuwe sensor onderzoekers wereldwijd meer
leert over zink-gerelateerde ziektes, zodat we nieuwe methoden van
behandeling kunnen vinden. Bijvoorbeeld in de hersenen, bij de ziekte
van Alzheimer, waarbij zink vermoedelijk ook betrokken is.
Hoe de sensor werkt
De nieuwe FRET-sensor (Fluorescence Resonance Energy Transfer) bestaat
uit een cyaan en een geelkleurig fluorescent eiwit. Het onderzoeksteam
construeerde het eiwit zo dat licht dat door het cyaankleurige
gedeelte wordt opgenomen, wordt overgedragen aan het gele gedeelte en
dus geel licht uitzendt. Wanneer een zinkion zich aan de sensor
hechtte werden de fluorescente eiwitten uit elkaar geduwd. Daardoor
nam de overdracht van licht af en veranderde de kleur van het
uitgezonden licht in cyaan. De onderzoekers gebruikten een
fluorescentiemicroscoop om de golflengten van het uitgezonden licht te
bepalen. Dit liet zien waar in de cel het zink zat.
De onderzoekers willen hun sensor nu zo gaan ombouwen, dat deze zink
in een levende muis kan detecteren. Doel: de verplaatsing van zink in
verschillende levende weefsels bestuderen, om meer begrip op te doen
van bijvoorbeeld diabetes.
Meer informatie over de publicatie staat in het persbericht.
Technische Universiteit Eindhoven