28 augustus 2009, 2009/27
Moleculaire machines maken slappe cellen stijf
Levende cellen kunnen zichzelf slapper of stijver maken om zich te
vervormen en zo door nauwe ruimtes in weefsels en bloedvaten te
kruipen. Natuurkundigen van het FOM-instituut AMOLF, de Vrije
Universiteit Amsterdam en Harvard University hebben ontdekt dat cellen
dit doen door zichzelf aan te spannen, zoals een spier dat doet, met
behulp van moleculaire machines. Dit resultaat biedt nieuwe
perspectieven om slimme `levende' kunststoffen te maken. De
wetenschappers hebben hun bevindingen deze maand in het gerenommeerde
tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)
gepubliceerd.
Figuur 1. Moleculaire motoren spannen celskelet aan
vergroten Figuur 1. Moleculaire motoren spannen celskelet aan
Motoren bestaan uit een lange staart en twee koppen. Met de staarten
komen ze samen om vezels te vormen waar de koppen aan twee kanten
uitsteken. Met de koppen kunnen ze eiwitvezels van het cytoskelet van
de cel (aktine) aanspannen zoals vioolsnaren.
Figuur 2. Spanning maakt skelet stijf
vergroten Figuur 2. Spanning maakt skelet stijf Aanspannen van het
cytoskelet maakt de slappe kunstcel tot duizend keer stijver.
Vioolsnaren
Levende cellen hebben raadselachtige eigenschappen: ze zijn enorm
stijf en sterk, maar tegelijk vervormbaar. Hierdoor zijn ze bestand
tegen grote trek- en schuifkrachten, maar kunnen ze hun vorm ook
actief veranderen om zich door nauwe gaten in weefsels en bloedvaten
te wurmen. Wetenschappers onderzoeken al ruim honderd jaar waar dit
tegenstrijdige gedrag vandaan komt. Tot dusver was bekend dat cellen
voor hun stevigheid een skelet van eiwitvezels nodig hebben. Cellen
kunnen de stijfheid van dit zogenaamde cytoskelet variëren door
verschillende hoeveelheden lijm-eiwitten te gebruiken, die de vezels
stevig aan elkaar plakken. AMOLF-onderzoekers hebben nu ontdekt dat
cellen voor een snelle respons gebruik maken van motor-eiwitten, die
het skelet als vioolsnaren aanspannen. Het aangespannen skelet is tot
duizendmaal stijver dan het eiwitskelet in slappe toestand.
Geheim ontrafeld door onderzoek aan kunstcel
De onderzoekers deden hun ontdekking door een kunstcel te maken
bestaande uit eiwitvezels en moleculaire motoren. Moleculaire motoren
zijn eiwitten die chemische energie als brandstof gebruiken om
krachten te genereren. Omdat dit op moleculaire schaal gebeurt, is het
vermogen van één enkel eiwit ongelooflijk veel kleiner dan dat van de
verbrandingsmotor in een auto. Toch hebben de motortjes op de kleine
schaal van een cel een groot effect. Ze trekken de eiwitvezels van het
cytoskelet actief naar elkaar toe en spannen de slappe vezels daardoor
aan zoals vioolsnaren.
Inspiratie voor slimme kunststoffen
Levende cellen onderscheiden zich van kunststoffen zoals plastic,
rubber en beton door de eigenschap zichzelf te kunnen aanpassen. De nu
gepubliceerde resultaten laten zien hoe eigenschappen van cellen
nagebootst kunnen worden om dode materialen `levende' eigenschappen te
geven. Dit zou bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden voor biomedische
kunststoffen om weefsels te herstellen of zelfs te vervangen.
Het onderzoek vond plaats in een samenwerkingsverband tussen het
FOM-instituut AMOLF (onder leiding van dr. Gijsje Koenderink), de
Vrije Universiteit Amsterdam (prof.dr. Fred MacKintosh) en Harvard
University (onder leiding van prof.dr. David Weitz). Het onderzoek is
medegefinancierd door de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der
Materie (FOM) en de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk
Onderzoek (NWO).
Referentie
'An active biopolymer network controlled by molecular motors', 10
augustus 2009, Online Early Edition editie van Proceedings of the
National Academy of Sciences (PNAS), Gijsje Koenderink, Zvonimir
Dogic, Fumi Nakamura, Poul Bendix, Fred MacKintosh, John Hartwig, Tom
Stossel en David Weitz.
Meer informatie
Voor meer informatie kunt contact opnemen met:
Gijsje Koenderink, FOM-instituut AMOLF (groep Biologische Zachte
Materie), telefoon (020) 608 12 34
Melissa Vianen, Communicatieadviseur Stichting FOM, telefoon (030) 600
12 18
Meer informatie Contactperso(o)n(en): Melissa Vianen