Met DNA-origami is het gelukt om een platform te creëren waarbij je eiwit-eiwitinteracties van het apoptosoom kunt bestuderen, laat een paper in Nature Catalysis zien.

DNA-origami, het op nanoschaal vouwen van DNA tot nuttige 2D- en 3D-modellen, is al een tijdje in gebruik. Door de biocompatibiliteit van DNA werkt deze techniek heel goed om platforms te ontwikkelen waarop je specifieke biochemische reacties kunt bestuderen. Maar tot nu toe was het direct onderzoeken van katalytisch actieve eiwit-eiwitinteracties die zich in de cel bevinden niet gelukt. Daar brengen Bas Rosier, Luc Brunsveld en collega’s van de Technische Universiteit Eindhoven (TUE) en Tom de Greef van de TUE en Radbouduniversiteit Nijmegen verandering in.

Het team wilde met de vouwkunst zogenoemde supramoleculaire organisatiecentra (SMOC’s) imiteren, en het apoptosoom in het bijzonder. Veel signaaleiwitten in de cel assembleren tot complexen op een SMOC, en dat geldt ook voor caspase-9-eiwitten die samenkomen op het apoptosoom en daarop dimeren vormen (zie afbeelding).

De dimerisatie of zelfs oligomerisatie van caspase-9 zorgt voor een sterk verhoogde katalytische activiteit, waarna een hele reeks proteolytische gebeurtenissen in gang wordt gezet die uiteindelijk geprogrammeerde celdood (apoptose) tot gevolg heeft. Van nature komen de caspase-eiwitten samen op het apoptosoom met behulp van caspase recruitment domains (CARD’s).

Om een vergelijkbaar resultaat te behalen en te kijken waarom de activiteit hoger wordt, maakten de onderzoekers hun eigen synthetisch apoptosoom op een DNA-origamiplatform van 75 bij 100 nm. Ze ontwikkelden verder caspase-9 met een single strand­-DNA-handvat dat precies op speciale DNA-handvatten past die uit het platform omhoog steken en als kunstmatige CARD’s dienen.

Door de handvatten op verschillende plekken te bevestigen, kun je de afstand tussen de caspase-monomeren variëren en de invloed op de activiteit daarvan bepalen. Zo bleek dat bij een cluster van drie of vier monomeren dicht bij elkaar de activiteit veel hoger is dan bij een dimeer. Dat lijkt te komen doordat er zich in het eerste geval meer actieve katalytische sites kunnen vormen.

De onderzoekers zien grote potentie in DNA-origamiplatformen als studiemateriaal voor andere belangrijke SMOC’s en hoe die zich verhouden tot bijvoorbeeld ziektes.

Onderwerpen