Meer inzicht in eiwit-interactienetwerken in ontwikkelende organismen

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 het internationale team van de afdeling Plant Developmental Biology van Wageningen University & Research, de sectie Molecular Cytology van de Universiteit van Amsterdam en de Universiteit van Düsseldorf zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Het werk wordt gezien als een doorbraak op het gebied van cel- en ontwikkelingsbiologie aangezien het nu mogelijk is om de interacties tussen eiwitten onder fysiologische omstandigheden in ongeschonden levend weefsel 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.

In het in Nature gepubliceerde artikel met de titel ‘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.

eiwit interacties

Een voorbeeld van het visualiseren van eiwit-eiwit interacties door gebruik te maken van FRET-FLIM technologie in levende plantenwortels. c: WUR

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 in functionele beeldvorming en moleculaire biologie om specifieke interacties te visualiseren middels de FRET-FLIM (Förster resonance energy transfer-fluorescence lifetime imaging microscopy) techniek in combinatie met genetica en genexpressieanalyse. 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.

Publicatiegegevens

Yuchen Long, Yvonne Stahl, Stefanie Weidtkamp-Peters, Marten Postma, Wenkun Zhou, Joachim Goedhart, María-Isabel Sánchez-Pérez, Theodorus W. J. Gadella, Rüdiger Simon, Ben Scheres & Ikram Blilou  ‘In vivo FRET–FLIM reveals cell-type-specific protein interactions in Arabidopsis roots’, in Nature (26 July 2017). http://dx.doi.org/ 10.1038/nature23317

Bron: Wageningen University & Research

Gepubliceerd door  Faculteit Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica