Meer inzicht in eiwitinteractienetwerken in ontwikkelende organismen

Persbericht

Meer inzicht in eiwitinteractienetwerken in ontwikkelende organismen

Gepubliceerd op
27 juli 2017

Onderzoekers zijn er voor het eerst in geslaagd om eiwit-eiwit interacties in ontwikkelende plantwortels in kaart te brengen. De bevindingen van drie internationale onderzoeksteams onder leiding van ‘Plant Developmental Biology’ van Wageningen University & Research (WUR) zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Het werk wordt gezien als een doorbraak op het gebied van cel- en ontwikkelingsbiologie. Vanaf nu is het mogelijk om de interacties tussen eiwitten onder fysiologische omstandigheden in ongeschonden levend weefsel en op een non-invasieve manier te visualiseren. Deze benadering zal leiden tot meer inzicht in eiwitbindende ontwikkelingen. Deze zijn essentieel voor de cellulaire functie en disfuncties bij ziektes als bijvoorbeeld kanker.

FRET-FLIM-techniek

Wageningen University & Research, de Universiteit van Amsterdam (UvA) en de Heinrich Heine-Universiteit in Düsseldorf zijn er samen in geslaagd om van nature voorkomende eiwitinteracties in levende plantaardige wortels op celniveau in kaart te brengen met de allernieuwste functionele beeldvormende technieken. In het onlangs in Nature  gepubliceerde artikel met de titel In vivo FRET-FLIM reveals cell type-specific protein interactions in Arabidopsis roots (‘In-vivo FRET-FLIM brengt celsoortspecifieke eiwitinteracties in beeld in wortels van Arabidopsis’) is de FRET-FLIM-techniek (Förster Resonance Energy Transfer – Fluorescence Lifetime Imaging)  gecombineerd met genetica en genexpressie-analyse. De onderzoekers hebben ontdekt dat eiwitcomplexen in levende weefsels conformatiewijzigingen ondergaan, afhankelijk van de celsoort waarin ze zich bevinden. Zo worden specifieke genexpressieprogramma's gereguleerd, waardoor de ontwikkeling en het lot van de cellen in het meristeem van de wortel van Arabidopsis heel precies worden bepaald.

Inzicht in wortelgroei

Aan het uiteinde van een ontwikkelende en groeiende wortel bevindt zich een populatie ‘stamcellen’. Deze cellen delen en differentiëren zich in verschillende soorten cellen en genereren zo verschillende weefsels in de plantwortel. Het lot van iedere cel, en dus welk soort wortelweefsel de cel wordt, wordt bepaald door speciale eiwitten, waarbij transcriptiefactoren een cruciale rol spelen. Om beter te begrijpen hoe deze eiwitten de wortelgroei reguleren, wilde het team van Ikram Blilou, in samenwerking met Yuchn Long, de interacties tussen een reeks belangrijke transcriptiefactoren bepalen. Ze richtten zich vooral op hoe deze interacties veranderen tijdens de groei en de verdere impact op het lot van de cellen en wortelontwikkeling.

Technische uitdaging

Het is technisch zeer uitdagend om eiwitinteracties in levende organismen op het cellulaire niveau uit te lichten omdat het expressieniveau van deze eiwitten laag is. Hierdoor is het lastig om deze interacties in levend weefsel waar te nemen. De onderzoekers gebruikten in dit onderzoek state-of-the-art technieken als de FRET techniek, in functionele beeldvorming en moleculaire biologie om specifieke interacties te visualiseren. Eiwitten interacteren door directe binding, wat betekent dat ze heel dicht bij elkaar komen. FRET technieken kunnen worden gebruikt om deze interacties te detecteren door de relevante eiwitten te merken met genetisch gecodeerde fluorescente eiwitten.

Gecombineerde expertise

Dit onderzoek is het resultaat van een succesvolle samenwerking tussen drie internationale teams. Naast Plant Developmental Biology van Universiteit Wageningen waren dit professor Theodorus Gadella van het Van Leeuwenhoek Centre for Advanced Microscopy in Amsterdam en professor Rudiger Simon van de Universiteit van Düsseldorf. Het team van Gadella, onder wie Dr. Joachim Goedhart en Dr. Marten Postma, heeft jarenlange expertise in de optimalisatie van fluorescente eiwitten, kwantitatieve microscopie en geavanceerde FRET-FLIM-analyse.

Ikram Blilou van WUR heeft het onderzoek geleid en is de laatste auteur van de paper in Nature. Blilou vertelt: “Door deze samenwerking konden we de FRET-FLIM-techniek gebruiken om de beperkingen te overwinnen die er waren bij het bestuderen van eiwitcomplexdynamiek op celniveau. Interacties tussen eiwitten vervullen een centrale rol in alle levende organismen. De patronen waarin deze interacties plaatsvinden, kunnen verstoord worden wanneer het organisme te lijden heeft onder omgevingsstress of ziekte.”