![De complexe dans van elektrische signalen in een cel bevat de sleutel tot veel vragen over ziekten en aandoeningen, maar was moeilijk te begrijpen - daarom bedacht een team van UChicago-wetenschappers een manier om te luisteren. Krediet: Christoph Burgstedt / Shutterstock Wetenschappers pionieren met een nieuwe methode om elektriciteit in cellen te meten](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800/2020/7-scientistspi.jpg)
De complexe dans van elektrische signalen in een cel bevat de sleutel tot veel vragen over ziekten en aandoeningen, maar was moeilijk te begrijpen – daarom bedacht een team van UChicago-wetenschappers een manier om te luisteren. Krediet: Christoph Burgstedt / Shutterstock
Elektriciteit is een belangrijk ingrediënt in levende lichamen. We weten dat spanningsverschillen belangrijk zijn in biologische systemen; ze drijven het kloppen van het hart aan en laten neuronen met elkaar communiceren. Maar decennia lang was het niet mogelijk om spanningsverschillen te meten tussen organellen – de met membraan omwikkelde structuren in de cel – en de rest van de cel.
Een baanbrekende technologie gemaakt door wetenschappers van UChicago stelt onderzoekers echter in staat om in cellen te kijken om te zien hoeveel verschillende organellen spanningen gebruiken om functies uit te voeren.
“Wetenschappers hadden lange tijd gemerkt dat geladen kleurstoffen die worden gebruikt voor het kleuren van cellen, vast zouden komen te zitten in de mitochondriën”, legt afgestudeerde student Anand Saminathan uit, de eerste auteur van het artikel, dat werd gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie. “Maar er is weinig werk verzet om het membraanpotentieel van andere organellen in levende cellen te onderzoeken.”
Het Krishnan-laboratorium van UChicago is gespecialiseerd in het bouwen van kleine sensoren om in cellen te reizen en te rapporteren over wat er gebeurt, zodat onderzoekers kunnen begrijpen hoe cellen werken – en hoe ze worden afgebroken bij ziekten of aandoeningen. Eerder hebben ze dergelijke machines gebouwd om onder meer neuronen en lysosomen te bestuderen.
In dit geval besloten ze de techniek te gebruiken om de elektrische activiteiten van de organellen in levende cellen te onderzoeken.
In de membranen van neuronen bevinden zich eiwitten die ionkanalen worden genoemd en die fungeren als gateways voor geladen ionen om de cel binnen te gaan en te verlaten. Deze kanalen zijn essentieel voor neuronen om te communiceren. Eerder onderzoek had aangetoond dat organellen vergelijkbare ionenkanalen hebben, maar we wisten niet zeker welke rol ze speelden.
De nieuwe tool van de onderzoekers, Voltair genaamd, maakt het mogelijk om deze vraag verder te onderzoeken. Het werkt als een voltmeter die het spanningsverschil meet van twee verschillende gebieden in een cel. Voltair is gemaakt van DNA, wat betekent dat het rechtstreeks de cel in kan en toegang kan krijgen tot diepere structuren.
In hun eerste studies zochten de onderzoekers naar membraanpotentialen – een verschil in spanning binnen een organel versus buiten. Ze vonden bewijs voor dergelijke potentialen in verschillende organellen, zoals trans-Golgi-netwerken en recycling-endosomen, waarvan eerder werd gedacht dat ze helemaal geen membraanpotentialen hadden.
“Dus ik denk dat het membraanpotentieel in organellen een grotere rol zou kunnen spelen – misschien helpt het organellen te communiceren”, zegt prof. Yamuna Krishnan, een expert in op nucleïnezuur gebaseerde moleculaire apparaten.
Hun studies zijn slechts het begin, zeiden de auteurs; Voltair biedt onderzoekers in veel vakgebieden een manier om vragen te beantwoorden die ze niet eens hebben kunnen stellen. Het kan zelfs in planten worden gebruikt.
“Deze nieuwe ontwikkeling zal in ieder geval gesprekken op gang brengen en misschien zelfs een nieuw onderzoeksgebied inspireren”, zei Saminathan.
Anand Saminathan et al. Een op DNA gebaseerde voltmeter voor organellen, Natuur Nanotechnologie (2020). DOI: 10.1038 / s41565-020-00784-1
Natuur Nanotechnologie
Geleverd door University of Chicago