Voor het eerst is het gelukt om met superresolutie lichtmicroscopie de `wegen' in de dunne uitlopers van een zenuwcel te onderscheiden. Dit laat een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Utrechtse celbiologen zien in een publicatie in Nature Communications van 11 augustus. De wegen,

of microtubuli, zorgen voor het transport in de cel. Dit is cruciaal voor een goed functionerend zenuwstelsel. Het kunnen onderscheiden van de microtubuli is daarom erg belangrijk voor het onderzoek naar de werking van een zenuwcel.

"Met onze methode kunnen we microtubuli nu met lichtmicroscopie in beeld brengen met een resolutie die in de buurt komt van elektronenmicroscopie", licht celbioloog dr. Lukas Kapitein van de Universiteit Utrecht toe. Hij leidde het onderzoek samen met dr. Helge Ewers van de Freie Universitaet

Berlin. Het grote voordeel van lichtmicroscopie is dat hierbij eenvoudig fluorescente kleurstoffen kunnen worden gebruikt om heel selectief verschillende onderdelen van de cel te onderscheiden. Dit is bij elektronenmicroscopie veel ingewikkelder.

Microtubuli

Zenuwcellen moeten, in tegenstelling tot andere cellen, een heel leven lang meegaan. Daarom is hun vermogen om te groeien en zichzelf te herstellen essentieel. Microtubuli zorgen voor het transport van de bouwstenen voor groei en herstel naar de juiste plek in de cel. Het zijn buisvormige

eiwitstructuren met een diameter van ongeveer 25 nanometer die een levend wegennetwerk vormen: ze groeien en krimpen voortdurend afhankelijk van waar iets moet worden afgeleverd. Over hoe zij zichzelf en hun netwerk organiseren, is nog veel onbekend.

Probleem

Daarom wordt wereldwijd hard gezocht naar technieken om microtubuli en hun organisatie te onderzoeken. Zo is deze doorbraak het werk van drie onderzoeksteams die aanvankelijk los van elkaar op zoek waren naar een manier om de microtubuli in de uitlopers van een zenuwcel te onderscheiden met

lichtmicroscopie. De teams realiseerden zich alle drie dat het probleem zat in de antilichamen waarmee de fluorescente kleurstoffen aan de microtubuli worden gekoppeld. Deze zijn relatief zo groot, dat ze in de dunne uitlopers van de cel te dicht op elkaar zitten om ze met een lichtmicroscoop

te kunnen onderscheiden.

Doorbraak

De doorbraak in de resolutie is te danken aan de samenwerking met dr. Paul van Bergen en Henegouwen van de Universiteit Utrecht, die gespecialiseerd is in het werken met nanobodies. Een nanobody is het bindende deel van bepaalde antilichamen die voorkomen in lama's, kamelen en dromedarissen.

Het bijzondere van deze nanobodies is dat zij uit maar een keten bestaan. Het bindende deel van alle andere antilichamen bestaat uit twee ketens en kan daarom moeilijk kleiner gemaakt worden. Een nanobody is slechts 4 nanometer lang en daarmee 2,5 keer zo klein als de antilichamen die hiervoor

tot nu toe gebruikt werden.

Vergelijking van gewone antilichamen en nanobodies met behulp van klassieke microscopie en superresolutie microscopie. De witte staaf markeert 1 micrometer.

Enorme stap vooruit

Dankzij de vondst van een geschikt nanobody kunnen de onderzoekers de microtubuli in de uitlopers van een zenuwcel onderscheiden. "Ik ben geweldig blij dat dit ons is gelukt", aldus Kapitein. "Het is een verbetering in de resolutie van slechts 20 nanometer, maar voor het onderzoek naar

zenuwcellen een enorme stap vooruit."

Dit onderzoek sluit nauw aan bij het strategische onderzoeksthema Life Sciences van de Universiteit Utrecht. Het onderzoek is medegefinancierd door NWO, STW en de ERC.

Publicatie

`Resolving bundled microtubules using anti-tubulin nanobodies'

Marina Mikhaylova*, Bas M. C. Cloin*, Kieran Finan, Robert van den Berg*, Jalmar Teeuw*, Marta M. Kijanka*, Mikolaj Sokolowski*, Eugene A. Katrukha*, Manuel Maidorn, Felipe Opazo, Sandrine Moutel, Marylin Vantard, Frank Perez, Paul M.P. van Bergen en Henegouwen*, Casper C. Hoogenraad*, Helge

Ewers, Lukas C. Kapitein*

Nature Communications, 10.1038/ncomms, 11 augustus 2015

^* verbonden aan de Universiteit Utrecht