spacer.png, 0 kB
Volg Cursor via Twitter Volg Cursor via Facebook Cursor RSS feed
spacer.png, 0 kB

spacer.png, 0 kB


“Bij een hartinfarct wordt de kransslagader afgesloten door een bloedpropje of een vernauwing”
Cursor in PDF formaatCursor als PDF
Special Cursor 50 jaarSpecial Cursor 50 jaar
PrintE-mail Tweet dit artikel Deel dit artikel op Facebook

Meer licht op rol van zink in lichaamscel

6 mei 2010 - Metalen als calcium, magnesium, zink en ijzer zijn essentieel voor een goede gezondheid, maar bij te hoge concentraties zijn ze giftig voor een lichaamscel. Onderzoeker Jan Vinkenborg van de faculteit Biomedische Technologie ontwikkelde een sensor die de zinkconcentratie in een cel kan meten en aangeeft waar het metaal zich precies bevindt. De sensor lijkt een doorbraak in het onderzoek naar ziektes zoals Alzheimer en diabetes type 2. Onderzoeksgroepen uit de hele wereld hebben interesse getoond voor de vinding van Vinkenborg.
Jan Vinkenborg promoveert maandag 10 mei op zijn proefschrift ‘Fluorescent sensor proteins for intracellular metal imaging’. Vanaf 1 augustus doet als postdoc twee jaar onderzoek aan de universiteit van Bonn naar aptameren (korte stukjes dna) die specifieke celtypes onderscheiden.

De grote inspirator van Jan Vinkenborg was Nobelprijswinnaar Roger Tsien. De Amerikaanse biochemicus werd in 2008, samen met twee andere onderzoekers, in Scandinavië onderscheiden voor de ontdekking en ontwikkeling van het groen fluorescent proteïne. Tsien was een van de eersten die een instrument maakte, gebaseerd op eiwitten, waarmee op het niveau van een individuele cel naar het metaal calcium gekeken kan worden.

Het onderzoek naar hoe cellen met metalen omgaan, kende tot dan twee richtingen. De ene tak richt zich op het karakteriseren van individuele eiwitten die metalen kunnen binden. De andere tak voert klinische studies uit met patiënten die aan ziektes lijden waarin metalen een rol spelen. Mede door de metaalsensor van de TU/e wordt de leemte tussen twee de genoemde onderzoeksrichtingen nu opgevuld.

Het is een belangrijke stap voorwaarts omdat metaalionen zoals calcium, magnesium, zink en ijzer een belangrijke rol spelen in het menselijk lichaam. Ze zijn essentieel voor een goede gezondheid, maar bij te hoge concentraties zijn ze giftig voor een lichaamscel. Wetenschappers vermoeden dat neurodegeneratieve ziektes zoals Alzheimer en ook bepaalde vormen van type 2 diabetes verband houden met een verstoorde zinkbalans. In vergelijking met calcium staat het onderzoek naar zink echter op een relatief laag pitje. Dat heeft ook wel een verklaring. Zink komt namelijk in zeer lage concentraties voor in een lichaamscel. Met de bestaande chemische technieken is de omvang en plaatsbepaling van het metaal moeilijk vast te stellen.

Met zijn keuze voor het moeilijk toegankelijke zink, borduurde Vinkenborg voort op eerder werk van TU/e-onderzoekster Suzan van Dongen. Zij promoveerde vier jaar geleden met haar onderzoek naar de rol van koper in het menselijk lichaam. Van Dongen bedacht een genetisch gecodeerde sensor om de concentratie van koper in een cel te meten. Die bleek bij toeval ook voor zink te werken.

Vinkenborg: “Ik heb een metaalsensor opgebouwd uit cyaan- en geelkleurig fluorescent eiwit, gekoppeld aan twee domeinen die samen zink kunnen binden. Het is zo geconstrueerd dat het cyaankleurige domein licht opneemt en dat kan doorgeven aan het gele domein. Hoe dichter beide domeinen bij elkaar zitten, hoe meer overdracht en hoe meer geel licht. Maar afhankelijk van de binding van zink aan de sensor worden de twee domeinen uit elkaar gedrukt. De overdracht neemt af en de sensor zal blauw licht geven.”

Met een fluorescentiemicroscoop kunnen de golflengtes van het uitgezonden licht van individuele cellen worden bepaald en kan de zinkconcentratie worden vastgesteld. Blauw licht duidt op veel zink, geel licht op weinig zink. Ook wordt duidelijk waar het metaal zich bevindt in de lichaamscel.

Hoewel het principe bleek te werken, was de kleurverandering aanvankelijk zwak. Dat werd veroorzaakt door het feit dat de cyaan- en geelkleurige domeinen ten opzichte van elkaar konden bewegen. Door ze een beetje plakkerig te maken, werd een sensor gecreëerd waarbij de fluorescente domeinen een hecht complex vormen in afwezigheid van zink. Zo ontstaat een krachtiger verschil wanneer zink gebonden wordt en de fluorescente domeinen uit elkaar worden gedrukt. Verder werd in plaats van één sensor een groep van zes sensors met diverse bindingsterktes ontworpen. Hierdoor kan, afhankelijk van de zinkconcentratie in de betreffende cel, een ‘op maat gemaakte’ sensor gekozen worden. Doordat zes sensoren beschikbaar waren, kon ook aangetoond worden dat de sensoren de uitkomst niet in de war schoppen. “Dat was een belangrijke ontdekking. De hoeveelheid sensors, ofwel eiwitten, beïnvloedt niet de totale zinkconcentratie. De sensor wordt gewoon onderdeel van het celsysteem.”

Vinkenborg ontwikkelde de sensor in de groep van hoogleraar Bert Meijer met zijn copromotor dr. Maarten Merkx en dr. Melissa Koay. In samenwerking met de groep van prof. Guy Rutter van het Imperial college Londen heeft Vinkenborg de sensor intussen met succes toegepast bij celonderzoek van de alvleesklier. Dit orgaan geeft onder meer insuline af aan het bloed. Een proces waarbij zink een belangrijke, maar tegelijkertijd onduidelijke rol speelt. De zinkionen binden zich namelijk aan insuline en dit complex zit in speciale blaasjes in cellen van de alvleesklier opgeslagen. Bij een deel van de mensen met diabetes type 2 blijkt echter het genetisch materiaal dat het transport van zink naar deze blaasjes regelt, veranderd. En dat kan gevolgen hebben voor de opslag en afgifte van insuline, zo wordt verondersteld. Vinkenborg en zijn collega’s troffen in ieder geval hoge concentraties zinkionen aan op plekken in de cel waar ook insuline werd gevonden.

Nu de sensor in het juiste concentratiebereik zink weet te binden, een grote kleurverandering geeft en alleen op zink reageert, hebben zich wereldwijd onderzoekers gemeld om de methode toe te passen. Het is de bedoeling om de sensor nog verder te perfectioneren. Door hem om te bouwen zou in de toekomst de verplaatsing van zink in levende weefsels te volgen zijn. Vinkenborg: “Het is geen medicijn, maar wel een uitstekend instrument voor diagnostiek. Het motiveert enorm om met dit onderzoek bij te dragen aan medisch onderzoek.” (FvO)/.