AMOLF-onderzoekers brengen eiwitophoping die diabetes veroorzaakt in..


Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Ans Hekkenberg
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/persberichten2015/artikel.pag?objectnumber=297355
printerversie
8 mei 2015, 2015/14

AMOLF-onderzoekers brengen eiwitophoping die diabetes veroorzaakt in beeld

Onderzoekers van het FOM-instituut AMOLF hebben voor het eerst de structuur van de buitenkant van een eiwitophoping in beeld gebracht die ziektes zoals Alzheimer en diabetes type 2 veroorzaakt. Ze zagen dat de eiwitten aan de buitenzijde een ongeordende boel vormen. Dat staat in sterk contrast
met de net geordende structuur aan de binnenkant van de ophoping. De onderzoekers hopen dat hun vondst zal leiden tot meer inzicht in de manier waarop de ophopingen cellen beschadigen. De resultaten zijn op 7 mei online gepubliceerd in het vakblad Small.
Een eiwitophoping bestaat uit lange, opgevouwen eiwitten. Wetenschappers waren al langere tijd bekend met de structuur van de eiwitten aan de binnenkant van de ophopingen. Met conventionele microscooptechnieken was het echter onmogelijk om ook de eiwitstructuur aan de buitenkant te zien. Het
was alsof de onderzoekers jarenlang in een huis zaten opgesloten. Ze konden de binnenzijde van het huis grondig onderzoeken, maar zonder sleutel konden ze nooit naar buiten stappen om de buitenzijde van de muren te bekijken. Door twee verschillende technieken (microscopie en spectroscopie) te
combineren, wisten de onderzoekers nu een 'sleutel' te maken waarmee ze wel naar buiten konden stappen. Zo konden ze het metselwerk aan de buitenzijde eindelijk onder de loep nemen.

Rommelig
Zodra ze de buitenkant van de eiwitophoping (in het vakgebied bekend als amyloide fibril) in beeld kregen, waren de onderzoekers verrast. De eiwitten aan de binnenkant van een fibril zijn netjes geordend. Ze zitten in een zogeheten betasheet-structuur: een plat, regelmatig motief. De
buitenkant bleek echter een rommelige structuur te hebben. De eiwitten zitten hier onregelmatig door elkaar. Hier en daar volgen ze een betasheet-structuur, maar even verderop is de regelmaat weer ver te zoeken. Op een en dezelfde opeenhoping kan de structuur zelfs per nanometer (een
miljoenste millimeter) verschillen.

De onderzoekers zagen ook dat de structuur van de buitenzijde sterk verschilt bij verschillende amyloiden. Terwijl de buitenzijde van de een veel delen met betasheet-structuur bevat, heeft een ander nauwelijks regelmatige stukken. Ook verschillen de animozuren die aan de buitenzijde zitten per
fibril.

De rommelige buitenzijde van de ophoping staat direct in contact met de membranen van omliggende cellen. De structuur speelt hierdoor een essentiele rol in het beschadigen van deze cellen. Zulke beschadigingen komen voor bij patienten met ziektes zoals diabetes type 2 en Alzheimer.

De sleutel om uit het gesloten huis te komen
De AMOLF-onderzoekers werkten samen met collega's van de Universiteit Utrecht, het Max Planck Institute for Polymer Research in Mainz, en het Leibniz Institute for Photonic Technology in Jena aan een nieuwe meetmethode om de eiwitstructuur aan de buitenkant van de ophoping te kunnen zien. De
sleutel bleek een combinatie te zijn van spectroscopie en atoomkrachtmicroscopie.

Bij atoomkrachtmicroscopie beweegt een naald over het oppervlak van een object om het op de atomaire schaal af te tasten . De microscoop maakt zo een hoogtekaart van de amyloide fibrillen. Tegelijkertijd produceert de spectrometer op elke pixel van de hoogtekaart het zogeheten Raman-spectrum.
Dit spectrum geeft informatie over de vouwingstoestand van de eiwitten, en over de aanwezigheid van specifieke aminozuren op het oppervlak. Deze signalen zijn normaal gesproken erg zwak, maar een metaallaagje op de naald van de atoomkrachtmicroscoop versterkt het signaal enorm.

Eerder was het al mogelijk een totaalplaatje van de buitenzijde te maken, maar het team wist nu dus ook de manier waarop de eiwitten zijn gevouwen in beeld te brengen. Eerste auteur Corianne van den Akker: " Door microscopie en spectroscopie te combineren, konden we de structuur aan de
buitenkant van een amyloide linken aan een locatie op de buitenkant: we konden zowel een plaatje met nanometer resolutie maken, als de structuur op elke locatie bepalen. Dat is de unieke eigenschap van de techniek die we gebruikt hebben."

De volgende stap
Met de verkregen kennis zal het nu ook mogelijk zijn de structuur van amyloiden te meten die zijn gevormd op de buitenkant van levende cellen. Daarnaast kan de techniek worden ingezet voor het testen van bepaalde geneesmiddelen die amyloidevorming kunnen voorkomen of de ophopingen kunnen
oplossen .

Contact
Gijsje Koenderink, +31 (0)20 754 74 05
Corianne van den Akker, +1 650 656 6050

Referentie
Nanoscale heterogeneity of the molecular structure of individual hIAPP amyloid fibrils revealed with tip-enhanced Raman spectroscopy, Corianne C. van den Akker, Tanja Deckert-Gaudig, Michael Schleeger, Krassimir P. Velikov, Volker Deckert, Mischa Bonn, Gijsje H. Koenderink, Small, online
gepubliceerd op 7 mei 2015.