Nieuwe stichtingspromotie voor nanofysiologie: Op zoek naar de cellulaire orde

Dank de meest geavanceerde, hoge-resolutie microscopen kunnen we zelfs het cytoskelet (groen) van de zenuwcel van een vlieg en de contactpunten (rood) met andere cellen zichtbaar maken. (Foto: Prof. Jan Pielage)

Professor Sandro Keller, Pro-dekaan van de Faculteit Biologie

Wat er exakt op nanoniveau in cellen gebeurt, is voor het onderzoek tot nu toe nog een raadsel. Hoe ordenen structuren, zoals membranen en enzymcomplexen, zich in een cel? Hoe weet een cel waar voor-, achter-, onder- en bovenkant is? Hoe ontstaan ruimtelijk en tijdelijk op elkaar afgestemde structuren? Antwoorden daarop moet de Stichtingprofessuur voor Nanofysiologie aan de Technische Universiteit Kaiserslautern (TUK) bieden. In de eerste vijf jaar wordt zij gefinancierd door de Carl-Zeiss-Stiftung met een miljoen euro. Het doel is om het patroonvorming in cellen op moleculair niveau beter te begrijpen, om zo ook oorzaken van ziekten te vinden, bijvoorbeeld zenuwziekten.

Of het nu de vlekken op de vacht van luipaarden en giraffen zijn of de strepen bij zebra’s – hoe zulke patronen ontstaan tijdens de embryonale ontwikkeling, is inmiddels goed onderzocht. “Gene die alleen in bepaalde cellen en slechts op een bepaald moment in de ontwikkeling worden afgelezen, spelen hierbij een belangrijke rol,” zegt Professor Dr. Sandro Keller, decaan van de faculteit Biologie aan de TUK, waarin de nieuwe professuur zal worden gevestigd.

Vergelijkbare processen vinden ook op moleculair niveau plaats – in een gebied dat voor het menselijk oog niet direct zichtbaar is. Hoe belangrijk het is dat ook hier zo’n ordening plaatsvindt, blijkt bijvoorbeeld uit het doorgeven van informatie bij zenuwen. Een ruimtelijk en tijdelijk exact gecoördineerde ordening van synapsen aan de zenuwcellen is cruciaal om de informatie correct te kunnen verwerken.

Ook het cytoskelet, het skelet van de cellen dat bewegings- en transportprocessen regelt, ondergaat een nauwkeurige ordening. Over het algemeen zijn cellen uiterst complexe structuren, waarbij bijvoorbeeld mitochondriën, de krachtcentrales van de cellen, of eiwitcomplexen aan membranen in een bepaald patroon zijn gerangschikt. “Wat precies op moleculair niveau gebeurt, hoe cellen deze ordening vormen en ze maanden of jaren operationeel houden en tegelijkertijd aanpassen aan veranderende omstandigheden, is nog niet in detail begrepen,” vervolgt Keller.

De door de Carl-Zeiss-Stiftung gefinancierde stichtingprofessuur zal zich in de toekomst richten op dergelijke vragen. Hierbij worden onder andere hoogwaardig resolutie-microscopen ingezet die inzicht geven in de nanowereld. “Met gewone lichtmicroscopen kunnen we slechts tot ongeveer een derde van een micrometer in het binnenste van cellen kijken,” zegt Keller. “Maar voor het nanobereik is deze techniek niet geschikt.”

Hier zijn nieuwe microscopietechnieken nodig, die momenteel de biomedische onderzoek revolutioneren en dankzij de nieuwe professuur nu ook aan de TUK zullen worden toegepast. Om de grote hoeveelheid data en beelden digitaal te verwerken, is een nauwe samenwerking gepland met de vakgebieden Wiskunde en Informatica en het Fraunhofer-Instituut voor Technologiemathematiek ITWM.

De resultaten zullen niet alleen helpen om fundamentele cellulaire processen te begrijpen, maar ook moleculaire oorzaken van ziekten te vinden, zoals zenuwziekten of ontwikkelingsstoornissen. De nieuwe professuur voor Nanofysiologie moet in 2018 worden ingevuld en zal de onderzoeksspeerpunt Membranen- en Systeembiologie van de TUK verder versterken.

Professor Dr. Arnd Poetzsch-Heffter, vicerector voor onderzoek en technologie, verheugt zich op de nieuwe professuur: “Hiermee kunnen we enerzijds de onderzoeksspeerpunt versterken met een inhoudelijk belangrijk thema en anderzijds de interdisciplinaire samenwerking tussen de faculteiten van de TUK onderling en met het Fraunhofer ITWM uitbreiden. Ik feliciteer alle betrokkenen met dit succes.”

Theresia Bauer, voorzitter van het bestuur van de Carl-Zeiss-Stiftung, licht de financieringsbeslissing toe: “Met de financiering van de stichtingprofessuur maakt de Carl-Zeiss-Stiftung het voor de TU Kaiserslautern mogelijk haar reeds sterke onderzoeksspeerpunt Membranen- en Systeembiologie verder uit te bouwen. Dit aanvult onze reeds lopende financiering van het Centrum voor Lipidomics en volgt het principe van de stichting om bij de financiering te richten op de academische kracht van de aanvragers en hun strategische oriëntatie.”