Wetenschap Celdeling

Deze vraag van scholier Anna leidt tot een nieuw wetenschappelijk inzicht

Anna Neefjes in het Cartesius Lyceum te Amsterdam met haar vroegere biologiedocent Gee van Duin (links) en celbioloog Menno Spits (rechts), die een artikel publiceerde naar aanleiding van haar vraag. Beeld Simon Lenskens

Anna Neefjes, toen 16, stelde in de biologieles een vraag waar niemand antwoord op had: hoe komen eiwitten bij celdeling op hun plek? Het leidde tot een onderzoek, nieuwe kennis en haar studiekeuze: celbiologie.  

Het was een illustratie in haar biologieboek die de 16-jarige Anna Neefjes, scholiere aan het Amsterdamse Cartesius Lyceum, in de klas haar vinger deed opsteken. Biologiedocent Gee van Duin had net uitgelegd dat bij de celdeling de wand om de celkern oplost, dat het dna los in de cel komt te liggen en dat daarna twee nieuwe kernen worden gevormd. Maar in de celkern zitten speciale eiwitten die nodig zijn om het dna goed zijn werk te laten doen. Die moeten daar na de celdeling dus weer naartoe, maar hoe gebeurt dat? Haar docent moest het antwoord schuldig blijven.

’s Avonds tijdens het eten stelde Anna haar vraag aan haar vader Sjaak, hoofd van de afdeling Cel- en Chemische Biologie in het Leidse LUMC. Ook hij wist het antwoord niet. Hij zocht in de literatuur, maar vond niets. Hij vroeg het aan experts om hem heen, en aan Google, maar die konden hem niet verder helpen. Daarom legde hij de vraag neer bij Menno Spits, een jonge moleculair celbioloog op zijn afdeling. Die besloot om met behulp van fluorescerende kwalleneiwitten onder de microscoop celdelingen te volgen. En kwam met het antwoord. Drie jaar na die ene vraag verschijnt vandaag het onderzoek in het Journal of Cell Science. Tussen de auteurs boven aan het artikel staat de naam van de vragensteller: Anna Neefjes.

Zie de cel als een ballon met daarin een kleinere ballon, de celkern, legt Spits uit. In de celkern zit het dna, het besturingssysteem van de cel, met gespecialiseerde eiwitten die nodig zijn om het dna goed te laten functioneren. Daarbuiten, in de grote ballon, zijn vooral andere eiwitten actief. In de wand van de celkern, de kleine ballon, zitten poriën met een zeef, die kleine eiwitten doorlaat. Grotere eiwitten die naar binnen moeten, dragen een soort paspoort bij zich, vertelt Spits. Dat paspoort wordt door de zeef herkend, waarna de gaatjes tijdelijk groter worden.

Anders dan gedacht

René Medema, hoogleraar experimentele oncologie en wetenschappelijk directeur van het Nederlands Kanker Instituut (NKI): ‘We weten dat na een celdeling alle eiwitten weer netjes op hun plek zitten maar deze publicatie toont aan dat dat heel anders gebeurt dan we altijd hebben gedacht. Wat me vooral heeft verrast, is dat de grote eiwitten, die geen herkenbaar signaal hebben om de kern in te worden getransporteerd, met een actief mechanisme naar binnen worden gezet. De vraag is nu of het in een gezonde cel hetzelfde werkt als in een zieke cel. Stel dat een cel dit mechanisme uitbuit om een ziekteproces te stimuleren, dan kan deze ontdekking een bouwsteen zijn voor nader onderzoek. Leuk om te zien dat aan deze studie een simpele vraag ten grondslag ligt.’

Als de cel zich gaat delen, verdwijnt de kleine ballon. Eiwitten uit de kern vermengen zich met de eiwitten in de rest van de cel. Het dna wordt verdubbeld en verdeeld, waarna zich twee nieuwe celkernen vormen, twee kleine ballonnen in de grote ballon. Daarna wordt ook de grote ballon gesplitst en zijn er twee nieuwe cellen ontstaan. En in die cellen zitten de gespecialiseerde eiwitten weer keurig in de kern, terwijl ze even daarvoor nog als een allegaartje in de cel lagen. Hoe kan dat?

Spits volgde de weg van die kerneiwitten met behulp van een fluorescerende groene stof. Het dna en de wand van de celkern kregen een andere kleur. Zo ontdekte hij dat bij de celdeling het dna uit de celkern op elkaar wordt geperst waarna de nieuwe wand daar, als ware het een condoom, strak omheen wordt getrokken. De ruimte is dan zo klein dat zelfs de kleinste eiwitten er niet bij kunnen komen. Alle eiwitten, ook de eiwitten die eigenlijk in de kern thuis horen, zitten dan tijdelijk buiten dat strakke condoom. Maar om te kunnen functioneren moet het dna weer uitzetten. Zo zwellen de twee kleine ballonnen in de grote ballon op en dan komt razendsnel het verkeer op gang: de kleine eiwitten die in de twee nieuw gevormde kernen thuishoren, gaan zelf door de zeef, de grotere eiwitten gebruiken hun paspoort. Zodra alle eiwitten op hun plek zitten deelt de cel zich. Dat hele proces neemt vermoedelijk zo’n 20 minuten in beslag. ‘De cellen willen na deling zo snel mogelijk weer in dezelfde staat verkeren als daarvoor’, zegt Spits.

Het is dus niet zo dat de nieuwe wand lukraak om het dna wordt geplaatst en eiwitten die op de verkeerde plek verkeren daarna in en uit moeten reizen, zegt Spits. Nee, alle eiwitten zitten heel even buiten de celkern en alleen de benodigde eiwitten vangen de terugreis aan. ‘Het is de methode die de minste energie vraagt.’ Of, zoals Sjaak Neefjes zegt: ‘Als je het voor je ziet, is het volstrekt logisch.’

Eén ding was onlogisch: cellen hebben een proteasoom, een zeer groot eiwit waarmee andere eiwitten worden afgebroken. Dat zit zowel binnen als buiten de kern en is essentieel voor de normale groei van cellen. Maar dat proteasoom heeft geen paspoort om de kern in te gaan, dus hoe komt het dan na de celdeling terug? De onderzoekers volgden het proteasoom in delende cellen en ontdekten een nieuw systeem waardoor het gedurende 15 minuten nadat de cel gedeeld is de kern in wordt gestuurd. Daarna stopt dat transportsysteem en zijn de proteasomen weer mooi in en buiten de kern verdeeld. 

Wat het nieuwe inzicht voor de praktijk betekent, is nog onduidelijk, maar een beter inzicht in hoe de celdeling verloopt is van belang voor tal van onderzoeksterreinen, zegt Sjaak Neefjes. ‘Als we het transport van de proteasomen, de grote eiwitten, naar de kern kunnen remmen, dan remmen we ook snel delende cellen. En dat is belangrijk bij kanker.’

Voor Anna Neefjes heeft de zoektocht naar haar vraag haar carrièrekeus bepaald. Haar enthousiaste biologiedocent legde de basis, zegt ze, de Leidse studie heeft een extra zetje gegeven: ze wil celbioloog worden. Haar vader zegt: ‘Wat je er al niet voor over moet hebben om de vragen van je kinderen te beantwoorden.’

Zit er een limiet aan het aantal mensen dat je kunt kennen? Wat bewijst de uitslag van een schriftelijke test eigenlijk? In onze Grote Vragen Podcast beantwoorden we ‘vragen waar je nooit over na hebt gedacht maar plotseling dolgraag een antwoord op wilt hebben’.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden