Haarscherp inzoomen op levensechte eiwitten

Jan Steyaert en zijn collega’s Han Remaut en Rouslan Efremov maken met een cryo-elektronenmicroscoop haarscherpe, driedimensionale beelden van eiwitstructuren. En dit zonder dat de eiwitten hun authentieke vorm verliezen.  De ‘cryo-EM’op de campus van de VUB is het duurste onderzoeksplatform dat de afgelopen jaren in Vlaanderen werd geïnstalleerd.

Celbiologie draait niet alleen om genen en DNA. Waar de genetische structuren vooral informatie dragen, wordt het grootste deel van het werk binnen de cel uitgevoerd door eiwitten. Die bestaan doorgaans uit tienduizenden atomen. Behalve hun samenstelling is ook hun structuur cruciaal voor hun werking – bijvoorbeeld de manier waarop de lange keten van aminozuren ruimtelijk is gevouwen.

Tegenwoordig kan die structuur haarfijn en in drie dimensies in beeld worden gebracht met een nog jonge waarnemingstechniek: de cryo-elektronenmicroscopie. Hierbij behouden de eiwitten hun authentieke, ‘levensechte’ vorm. Dat lukt omdat de eiwitstalen hypersnel worden ingevroren, waardoor de eiwitten er net zo uitzien als in het celwater.

Sinds september 2018 beschikt het VIB-VUB-centrum voor structuurbiologie over een cryo-EM, het resultaat van een FWO-ondersteuning in het kader van het programma ‘Zware Infrastructuur’. De aankoop en de plaatsing van de in Japan gefabriceerde microscoop kostte een slordige 4 miljoen euro. Het gaat dan ook om het duurste onderzoeksmaterieel dat de afgelopen jaren in Vlaanderen werd geïnstalleerd. De Brusselse cryo-EM is ondergebracht in de iconische studentenkoten ontworpen door Willy Van Der Meeren op de VUB-campus in Etterbeek.

De waarnemingen met de microscoop dienen niet alleen het fundamentele onderzoek. Kennis van eiwitstructuren is met name belangrijk in de farmacie, waar onderzoekers het giswerk – lees: het lukraak experimenteren met moleculen in de hoop dat ze ‘pakken’ op een eiwit – maar al te graag willen inruilen voor een meer doelgerichte aanpak. Met zo’n aanpak stijgt de kans op succes in de zoektocht naar nieuwe medicijnen, en hun ontwikkelingstijd krimpt. ‘Eigenlijk weten we heel weinig van de vele medicijnen die we vandaag gebruiken’, zegt Jan Steyaert. ‘Van diazepam (de werkzame stof van het slaap- en kalmeermiddel valium) weten we nog maar pas hoe het op de eiwitreceptoren ingrijpt.’

Het ‘valiumvraagstuk’ werd pas begin 2018 in samenwerking met het Brusselse lab door Britse wetenschappers opgehelderd, met behulp van een cryo-EM. Volgens biologen als Steyaert luidt de techniek een nieuw tijdperk in de moleculaire biologie in.‘We zien eiwitstructuren die nog nooit eerder in kaart zijn gebracht. Dat is best spannend, er gaat een nieuwe wereld voor ons open.’