Video feature: Huntington-onderzoek… in de ruimte!
De lucht is niet langer de limiet voor HD-onderzoek: HDBuzz interviewt Gwen Owens, die het HD-eiwit de ruimte in stuurt!
Het huntingtin-eiwit, dat in zijn gemuteerde vorm de ziekte van Huntington veroorzaakt, is moeilijk te bestuderen omdat het klonters vormt in plaats van nette kristallen. Nu reikt jonge HD-onderzoeker Gwen Owens van California Institute of Technology HEEL hoog om het probleem op te lossen. In een speciaal video-interview vertoond op het recente HD World Congress, sprak HDBuzz met Gwen over haar ‘uit-deze-wereld’ plannen…
ED: Waarom is het belangrijk om huntingtin te bestuderen, voor mensen die behandelingen willen ontwikkelen voor de ziekte van Huntington?
GWEN: Het is ongelooflijk belangrijk voor de ziekte… dat we weten dat het het enige eiwit is dat de ziekte lijkt te veroorzaken en helaas hebben we geen idee hoe het eruitziet.
ED: Wat behoorlijk belangrijk lijkt. Als je iets gaat bestrijden, wil je weten hoe het eruitziet.
GWEN: Ja, inderdaad.
ED: We hebben heel nauwkeurige begrippen van de structuur van sommige eiwitten, zoals insuline, of hemoglobine, of enkele van de meer bekende eiwitten, dus waarom hebben we niet… Het is 2013; we hebben 20 jaar gehad sinds het gen werd ontdekt. Wat hebben jullie gedaan? Waarom hebben we geen idee hoe huntingtin eruitziet?
GWEN: Huntingtin heeft twee eigenschappen die het heel moeilijk maken om de structuur te bestuderen. Een is dat het enorm is, dat het een van de grootste eiwitten in je lichaam is. Het is meer dan zes keer groter dan de meeste eiwitten. Dat maakt het moeilijk om mee te werken. Het tweede is dat het aggregeert. Dat weten we, dat een deel van het probleem met de ziekte van Huntington is dat dit eiwit, huntingtin, aggregeert in neuronen en dat maakt het ook heel moeilijk te bestuderen.
ED: Als je ‘aggregeert’ zegt, bedoel je dat het aan elkaar plakt om klonters te vormen?
GWEN: Precies, ja.
ED: Waarom maakt het feit dat het eiwit aan elkaar plakt het moeilijk te bestuderen?
GWEN: Nou, ons lab gebruikt een techniek genaamd röntgenkristallografie om precies uit te zoeken waar elke koolstof, elke stikstof, elke zuurstof zich bevindt in een eiwit. Daarvoor hebben we individuele eiwitten nodig, ze kunnen niet samengeklonterd zijn, om een kristal van eiwitten te maken.
ED: Oké, dus je kijkt naar een kristal en daarvan kun je de structuur van het eiwit achterhalen?
GWEN: Ja. Wanneer een kristal wordt gevormd kun je er eigenlijk een laser doorheen schieten, en gebaseerd op het patroon van hoe licht van het kristal afkaatst, kun je eigenlijk reconstrueren waar alles zich bevindt.
ED: Van het experiment dat ik weet dat je plant, klinkt het alsof je een beetje tot de grenzen bent gekomen van wat we kunnen doen in 2013, op aarde, om kristallen van dit eiwit te krijgen, toch?
GWEN: Voor zover we kunnen zien, ja. We hebben meer dan 100.000 verschillende individuele experimenten op aarde opgezet, en we kunnen niets laten kristalliseren zodat we een structuur kunnen krijgen.
ED: Ik zou zeggen dat het klinkt alsof je je voorbereidende werk behoorlijk goed hebt gedaan. Oké, nou laten we de bonen dan maar verklappen. Wat ben je van plan om te doen om kristallen van huntingtin te laten groeien, zodat je de structuur kunt bestuderen?
GWEN: We zijn van plan om enkele van deze experimenten naar het Internationale Ruimtestation te sturen.
ED: Huntingtin in de ruimte!
GWEN: Ja, precies. Ons lab heeft een subsidie ontvangen van CASIS, The Center for the Advancement of Science in Space, wat een dochteronderneming is van NASA. Ze waren op zoek naar kristallisatie-experimenten om te doen op het Internationale Ruimtestation, en ik denk dat we een behoorlijk goede zaak hebben gemaakt waarom huntingtin een heel interessant eiwit is om te proberen te kristalliseren op het ISS. Ze realiseerden zich dat een deel van de fysica in hoe kristallen groeien heel anders is wanneer je geen zwaartekracht hebt. Ze ontdekten dat voor sommige van deze eiwitten waarvan we weten dat ze goed kristalliseren, dat de kristallen veel, veel groter worden en ze vormen zich veel, veel beter. Ze zullen nog eens 10 tot 20 keer groter zijn in sommige gevallen en ze diffracteren eigenlijk, dus wanneer je een laser erdoorheen schiet, doet het eigenlijk een veel betere job in het geven van een structuur.
ED: Veel groter en veel zuiverder, klinkt het.
GWEN: In veel gevallen. Zeker niet in alle gevallen en in sommige gevallen maakte het het eigenlijk ook erger. Huntingtin vonden we heel, heel interessant om te proberen in deze situatie. Omdat hoewel we kleine, kleine kristalletjes kunnen krijgen, kunnen we geen kristallen krijgen die groot genoeg zijn om echt onze studies op aarde te doen.
ED: Hoe ver boven de aarde is het Internationale Ruimtestation?
GWEN: Het is ongeveer 400 kilometer.
ED: Maar we kunnen het zien, soms. Het vliegt over en je kunt het zien als een klein lichtje aan de hemel, toch?
GWEN: Ja, bijna elke avond, eigenlijk. Je kunt het online opzoeken precies wanneer het ISS over je locatie zal vliegen.
ED: Dat is cool. Dus, is het een nul-zwaartekracht omgeving daarboven?
GWEN: Nee, het is technisch gezien microzwaartekracht. Er is nog steeds een kleine aantrekkingskracht van de aarde, ook al is het heel hoog.
ED: Laten we hier een basale vraag stellen. Wat gebeurt er wanneer een kristal zich vormt?
GWEN: Dus, om een kristal te maken heb je een heel hoge concentratie eiwit. Zodanig dat het in essentie begint te nucleëren, dus het vormt een centrale kern. Dan begint het meer en meer eiwitten aan de buitenkant ervan te bouwen, totdat je iets krijgt dat je met je eigen oog kunt zien als een kristal.
ED: Dus, in een oplossing heb je al deze eiwitmoleculen, en ze vliegen allemaal gewoon rond en ze zijn behoorlijk ver van elkaar gepositioneerd?
GWEN: In essentie, ja.
ED: Dan wanneer je een kristal laat groeien, plakken een voor een de eiwitten aan elkaar, maar op een georganiseerde manier. Klopt dat?
GWEN: Ja, inderdaad.
ED: Het is de organisatie die het een kristal maakt, in plaats van een klodder?
GWEN: Ja.
ED: Hoe helpt het gebrek aan zwaartekracht de kristallen om te groeien? Wat is het van het gebrek aan zwaartekracht dat de kristallen groter laat groeien?
GWEN: Dus, wanneer een kristal groeit, zoals ik zei is er deze heel hoge concentratie eiwit die langzaam dit kristal vormt. Je eindigt met heel hoge eiwitconcentratie, in de algemene oplossing. Precies naast waar het kristal groeit heb je heel lage concentratie omdat het net opgezogen is in het kristal, het vormt een rooster. Dus, je hebt heel hoge en heel lage concentratie precies naast elkaar. In de oceanen weten we dat als je heel hoog zout en heel laag zout hebt, het begint te mengen. Het begint wat convectiestroom wordt genoemd te hebben. Hetzelfde gebeurt met kristallen, je krijgt deze stroom langs het oppervlak. Blijkbaar belemmert deze stroom de groei van het kristal en dus wanneer deze stroom optreedt stopt het kristal in essentie met groeien.
ED: Juist, maar als je de zwaartekracht wegneemt..?
GWEN: Het raakt af van het meeste van de stroom. Er is enige hoeveelheid stroom die goed is voor het kristal, maar het hebben van de hoeveelheid stroom die op het oppervlak is, in sommige kristallen die snel groeien op aarde, het belemmert duidelijk de groei van het kristal.
ED: Wat is het grootste verschil dat is gezien met een kristal door het te laten groeien in microzwaartekracht?
GWEN: Voor lysozym, wat een van de heel standaard kristallen is die we eigenlijk gebruiken om enkele van onze stralingslijnen te testen, zijn er experimenten geweest dat het 20 keer de grootte was. Voor onze kristallen zou 20 keer de grootte genoeg zijn om wat interessant werk aan te beginnen.
ED: Oh, wauw. Dus dan zou je de laserstralen erdoorheen kunnen schieten en zouden er coole dingen gebeuren?
GWEN: Hopelijk, ja.
ED: Dus, hoe krijg je huntingtin in de ruimte? Stuur je het met FedEx daarheen en is er een dagelijkse bezorging? Wat gebeurt er?
GWEN: We sturen onze monsters omhoog met SpaceX 3, wat gepland staat om een hele lading spullen naar het ISS te sturen in januari van volgend jaar (2014).
ED: Dus, heb je het huntingtin al gemaakt in je lab, of ben je bezig het te maken? Of ga je het de dag ervoor doen?
GWEN: We maken continu huntingtin-eiwitten in ons lab.
ED: Hoe doe je dat?
GWEN: We kweken het in E. coli, wat een bacterie is en we laten deze E. coli het eiwit maken, het huntingtin, van verschillende lengtes. Soms gebruiken we alleen een deel ervan, omdat het zo’n groot eiwit is en E. coli veel moeite heeft met het maken van het hele eiwit.
ED: Je injecteert extra DNA in de E. coli om het om te zetten in een huntingtin-fabriek?
GWEN: Precies, ja. Nadat we het heel, heel zuiver krijgen kunnen we deze kristallisatie-experimenten opzetten.
ED: We weten dat er een gemuteerd eiwit is, wat degene is die schade doet aan cellen, en er is een zogenaamd ‘wild type’ of gezond eiwit wat geen schade doet aan cellen. Stuur je alleen het wild type omhoog, of stuur je ook gemuteerd eiwit omhoog?
GWEN: We zijn van plan om ook wat gemuteerd eiwit omhoog te sturen. Het gemuteerde eiwit aggregeert meer dan het wild type eiwit, wat onderdeel is van de oorzaak van de ziekte van Huntington. Dus, het is veel moeilijker voor het om te kristalliseren. We verwachten betere resultaten van het wild type maar we denken dat het krijgen van een structuur van wat van het gemuteerde eiwit ook heel interessant zou zijn, dus we sturen er wat van omhoog.
ED: Dus, het allerallerbeste resultaat zouden grote kristallen zijn, van normaal of wild type eiwit en grote kristallen van het gemuteerde eiwit. Je schijnt je laser, en we krijgen naar de verschillen te kijken?
GWEN: Absoluut, ja.
ED: Misschien zelfs wat aanwijzingen over waar we een medicijn zouden kunnen steken, of wat we zouden kunnen doen om het gemuteerde kristal om te zetten in iets dat er een beetje meer uitziet als het wild type kristal?
GWEN: Dat zouden we hopen, ja.
ED: Hoe delicaat is dit specimen van huntingtin-eiwit en hoe wordt het verpakt?
GWEN: Het wordt verpakt in… Eigenlijk, ik heb het hier. We hebben deze kleine apparaatjes. Dit zijn zes verschillende kleine experimenten. Dus, de reis omhoog is … ze zouden redelijk stabiel moeten zijn, omdat het experiment niet begint totdat ze in microzwaartekracht komen. De astronauten moeten eigenlijk een paar hendels voor ons omklappen om het experiment te laten beginnen. Anders is het huntingtin-eiwit niet aan het kristalliseren, voordat het in microzwaartekracht is.
ED: Dus, ze nemen deze kleine containers eruit daarboven; klappen de hendels om en dan draait het hele experiment zichzelf?
GWEN: Ja, precies.
ED: Wauw. Dat klinkt goed, omdat astronauten … ze zijn niet bepaald raketgeleerden, laten we eerlijk zijn.
GWEN: (Gelach) Ja.
ED: Hoe lang groeien de kristallen dan, zodra ze de schakelaars omklappen?
GWEN: Het zal ergens rond vier maanden zijn, maar het hangt ook af van wanneer de verschillende SpaceX-voertuigen kunnen komen en gaan.
ED: Wanneer gaat de SpaceX 3-raket omhoog?
GWEN: 15 januari.
ED: 15 januari? Ongeveer wanneer komt het huntingtin terug naar de aarde?
GWEN: Ongeveer, april. Dat hopen we.
ED: Het groeit de hele tijd?
GWEN: Ja. Nou, de astronauten klappen een schakelaar om voordat het terug naar beneden komt, dus het experiment eindigt voordat het weer zwaartekracht bereikt. Als, zeg, het kristalliseerde maar dan wanneer het naar beneden kwam moet je omgaan met terugkeer, en dat kan een beetje een hobbelige rit zijn. Dat is waarschijnlijk het moeilijkste deel, omdat we ons zorgen maken dat de kristallen mogelijk uiteenvallen.
ED: Wanneer iets terug naar de aarde komt, valt het niet gewoon in de zee?
GWEN: Ja. (Gelach) Delicaat!
ED: Hoe voel je je daarover?
GWEN: De containers waarin de kristallisatie-experimenten zitten zijn heel goed geïsoleerd van trillingen en van temperatuurveranderingen. Het eiwit zou niet al te ver weg moeten terugkomen van waar ons lab is in Pasadena. Dus, we zouden moeten kunnen rijden en er bijna zijn wanneer het neerplonst. Het eiwit pakken en het zo snel als we kunnen terug naar ons lab rijden. Dan een röntgenlaser erdoorheen schieten.
ED: Hoe snel zul je weten nadat het in het lab aankomt of de kristallen groot genoeg zijn om van enig nut voor je te zijn?
GWEN: Binnen een paar uur.
ED: Dus, dat gaat behoorlijk spannend worden.
GWEN: Ja, ja. Absoluut.
ED: Kun je me enig idee geven van het soort dingen waar het kennen van de kristalstructuur van eiwitten in het verleden toe heeft geleid?
GWEN: Een voorbeeld is toen HIV voor het eerst werd ontdekt. Sommige van de HIV-eiwitten, zoals het HIV-protease, wat belangrijk is in de functie van het eiwit, zijn kristalstructuur werd opgelost. Dan konden organische chemici en synthetische chemici die structuur gebruiken om iets te maken dat remde wat zij verwachtten dat de functie was. Ze sloten eigenlijk aan op de structuur en konden een nieuw medicijn tegen HIV maken gebaseerd op de kristalstructuur.
ED: Ten slotte, heb je een boodschap voor de mensen hier in Rio en die online kijken?
GWEN: Zeker, als je ooit wilt zien wanneer het ISS overhead vliegt, kun je altijd gewoon naar de website spotthestation.nasa.gov gaan en weten dat tussen januari en april dit jaar, huntingtin overhead zal vliegen.
ED: Nou Gwen, dit is absoluut geweldig. Ik bedoel, het is zo spannend dat dit gebeurt. Ik waardeer het echt dat je de tijd hebt genomen om met me te praten. Ik weet dat iedereen hier in Rio absoluut over de maan zal zijn dat dit gebeurt. Ik denk, zelfs als het helemaal niet werkt, is het het totaal waard om te proberen en het is heel coole dingen, dus heel erg bedankt voor het nemen van de tijd om met ons te praten.
GWEN: Nou, heel erg bedankt voor het hebben van me.
Meer informatie
Voor meer informatie over ons openbaarmakingsbeleid, zie onze FAQ…
