Cel meet stijfheid omgeving met speciale eiwitbindingen
Onderzoekers van de Stichting FOM en de Technische Universiteit Eindhoven zijn erachter gekomen hoe een cel voelt of zijn omgeving stevig of week is. Steeds duidelijker wordt dat zulke zuiver fysische informatie – naast de chemische – een doorslaggevende factor kan zijn voor de gezondheid van bijvoorbeeld stamcellen, maar tot nu toe was het onduidelijk hoe de cel dit in kaart brengt. FOM-oio Liza Novikova toonde met berekeningen en simulaties aan dat speciale eiwitbindingen daar een centrale rol in spelen. Het werk verschijnt vandaag als New & Notable in Biophysical Journal, vergezeld door een begeleidend stuk van een collega-expert.
Wat weet een cel van de wereld om zich heen? Hij vergaart chemische informatie met behulp van receptoren of kanaaltjes in het celmembraan. Zo weet een cel in de alvleesklier bijvoorbeeld of er te veel suiker in het bloed zit, en dus of er insuline gemaakt moet worden. Maar een cel heeft ook informatie nodig over de mechanische eigenschappen van zijn omgeving, om te bepalen waar zich een oppervlak bevindt of een opening om doorheen te glippen. Ook is sinds kort bekend dat stamcellen deze informatie gebruiken om te bepalen wat voor soort cel (botcel, hersencel, spiercel) ze zullen worden. Het is echter nog steeds onduidelijk wat de cel gebruikt als 'zintuig' voor deze externe mechanische eigenschappen.
Moleculen op de grens
Novikova zoekt het antwoord op die vraag op de grens tussen cel en buitenwereld. Daar zitten eiwitten die het skelet van de cel vastklinken aan de wereld eromheen: de integrinen. Recente experimenten wijzen uit dat sommige van die integrinen 'catch bonds' kunnen vormen, verbindingen die sterker worden naarmate er harder aan getrokken wordt. Omdat die eiwitten direct gevoelig zijn voor een mechanisch signaal, vermoedde Novikova dat ze wel eens een rol zouden kunnen spelen in de mechanische waarneming. Ze formuleerde daartoe een model dat zowel de eigenschappen van één catch bond als het gezamenlijk gedrag van meerdere catch bonds beschrijft. Uit haar berekeningen bleek: hoe steviger de buitenwereld, hoe meer catch bonds er ontstaan.
Meten is weten
Zo heeft de cel iets zeer nuttigs bij de hand. Een intern meetbare grootheid – het aantal gebonden catch bond integrinen – blijkt een directe maat voor de mechanische stijfheid van de buitenwereld. Novikova stelt dan ook dat hier, op moleculair niveau, de eerste en cruciale stap van mechanosensing plaatsvindt. Dit inzicht biedt nieuwe aanknopingspunten om processen in een cel te beïnvloeden door de buitenwereld te manipuleren. Een juist gekozen omgeving kan cellen bijvoorbeeld dwingen in een bepaalde richting te bewegen of stamcellen dwingen een bepaald lot te kiezen.
Referentie
'Contractile fibers and catch bond clusters: a biological force sensor?' E.A. Novikova en C. Storm, Biophysical Journal 105 (6) 1336-1345, 2013.
New & Notable: 'Catch me because you can: A mathematical model for mechanosensing' Ulrich S. Schwarz, Biophysical Journal 105 (6) 1289-1291, 2013.
Novikova is oio in het FOM-programma 'mechanosensing and mechanotransduction by cells' en is werkzaam aan de TU Eindhoven.
Contact
Dr. Kees Storm (040) 247 41 17.