Nanomachientjes organiseren het skelet van de cel
Onderzoekers van het FOM-instituut AMOLF in Amsterdam hebben het dynamische celskelet nagebouwd in microkamertjes ter grootte van een enkele cel. Ze laten zien hoe de organisatie van het skelet bepaald wordt door kleine nanomachientjes, zogenaamde dyneïne motereiwitten. Begrip van dit proces is belangrijk om bijvoorbeeld celdeling en celbeweging te kunnen verklaren. De groep van prof.dr. Marileen Dogterom werkte samen met biologen van de Universiteit van San Francisco (UCSF) en de Harvard Universiteit, en theoretici van het Max Planck instituut voor de Fysica van Complexe Systemen (MPI-PKS) in Dresden. De resultaten van het onderzoek zijn vandaag online verschenen in het prestigieuze tijdschrift Cell, inclusief een interview.
Het skelet van de cel bestaat voor een belangrijk deel uit microtubuli. Deze lange, stevige eiwitpolymeren groeien de cel in vanuit het centrosoom, een structuur in de buurt van de celkern. De plaats van het centrosoom in de cel bepaalt in belangrijke mate de interne organisatie van een cel, en is daarom van groot belang. Maar hoe 'meten' centrosomen hun afstand tot de rand van de cel (de celcortex) en hoe passen zij hun positie desgewenst aan? Liedewij Laan en Marileen Dogterom van AMOLF hebben samen met hun collega's een manier bedacht om deze vraag te beantwoorden.
Moleculaire motoren
Tot nu toe was bekend dat de plaats van het centrosoom afhangt van krachten die ontstaan als de uiteinden van de microtubuli de rand van de cel raken. Ook was bekend dat het motoreiwit dyneïne hierbij een rol speelt. De onderzoekers hebben de situatie in de cel nagebootst door dyneïnemoleculen aan kleine muurtjes te plakken en microtubuli naar deze muurtjes toe te laten groeien. Met behulp van fluorescentiemicroscopie en het gebruik van een optisch pincet kon zo het gedrag van individuele microtubuli bestudeerd worden.
De onderzoekers zagen dat de uiteinden van microtubuli stoppen met groeien als ze in contact komen met dyneïnemoleculen. Als uiteinden echter in contact komen met muurtjes zonder dyneïne, dan groeien ze gewoon door. Door het contact met dyneïne schakelen microtubuli over van een groeiende (duwende) naar een krimpende (trekkende) toestand. Dit leidt tot een goed-gecontroleerde lengte van de microtubuli maar ook tot een stabiel contact tussen de uiteinden van de microtubuli en de cortex (de muurtjes). Zo 'meet' een centrosoom de afstand tot de rand van de cel.
Driedimensionale opsluiting
Om het daadwerkelijke organisatieproces in de cel na te bootsen, plaatsten de onderzoekers tenslotte een centrosoom binnen een driedimensionaal kamertje ter grootte van een levende cel. Als er geen dyneïne aan de wanden zat, konden centrosomen in deze experimenten het midden van het kamertje maar zelden vinden. Met dyneïne aan de wanden gedroegen de centrosomen zich echter radicaal anders. Bij hoge dyneïnedichtheden plaatsten de centrosomen zich vrijwel zonder uitzondering precies in het midden van het kamertje. Dit resultaat wordt ondersteund door een mathematisch model. De onderzoekers hebben hiermee laten zien hoe de wisselwerking tussen microtubuli en dyneïne aan de rand van de cel de positie van het centrosoom - en dus de organisatie van een levende cel - bepaalt.
Dit onderzoek werd gefinancierd door NWO, de Stichting FOM, HFSP, EU, en de Volkswagen Stiftung.
Referentie
Cortical Dynein Controls Microtubule Dynamics to Generate Pulling Forces that Position Microtubule Asters, Liedewij Laan, Nenad Pavin, Julien Husson, Guillaume Romet-Lemonne, Martijn van Duijn, Magdalena Preciado López, Ronald D. Vale, Frank Jülicher, Samara L. Reck-Peterson, and Marileen Dogterom.
Cell (2012). Online February 3, 2012. DOI:10.1016/j.cell.2012.01.007 www.cell.com
Contact
Marileen Dogterom (020) 754 71 35
Liedewij Laan