Met hogesnelheids-atomic force microscopy (HS-AFM) kun je het vormen van eiwitmantels live volgen, laten Spaans-Groningse onderzoekers zien in ACS Nano. En in ander Gronings werk in JACS doen ze hetzelfde met nanobuisjes.

Het volgen en voorspellen van zelfassemblerende moleculen is een lastig karwei; vaak klopt het theoretische model niet met het experimentele. Maar gebruik je HS-AFM, dan kun je filmbeelden maken van losse moleculen die bij elkaar komen. Wouter Roos en collega’s van de Rijksuniversiteit Groningen en de universiteit van Madrid wisten met die techniek de assemblage van hiv-eiwitmantelroosters te visualiseren. Maar dat ging anders dan ze hadden verwacht.

Het hiv-virus heeft een eiwitmantel die bestaat uit een verzameling van hexameren, die weer zijn gemaakt uit monomeren, opgebouwd uit een aan elkaar verbonden N-terminaal- en een carboxyterminaal-domein. De onderzoekers gebruikten die monomeren voor de assemblage van een plat rooster als model voor hoe een eiwitmantel zich vormt (zie afbeelding). Met HS-AFM kwamen ze erachter dat er niet maar een weg is naar een mantel toe, maar dat de eiwitten eerder als een reversibele legpuzzel op verschillende plekken beginnen en uiteindelijk in elkaar vallen en niet rechtlijnig zoals ze vermoedden.

Nog geen maand na de publicatie in ACS Nano volgde een paper in JACS van de Groningse onderzoeksgroepen van Roos, Sijbren Otto en Siewert Marrink. Hierin keken ze naar supramoleculaire polymerisatie van zelf-replicerende peptides. Die bestaan uit vijf aminozuren met aan het uiteinde een 1,3-dithiofenyl, waarbij de zwavelatomen de brug bouwen tussen de monomeren.

De monomeren bouwden op tot een hexameer, waarna een volgend hexameer zich op de eerste vormde. Dit patroon herhaalde zich totdat een hol nanobuisje ontstond. Maar op de zijkant van het nanobuisje vormde zich op een gegeven moment een ‘reservoir’ van mono-, tri- en tetrameren die aan elkaar plakten. Vanuit dat reservoir migreerden de stukjes zich zo nu en dan naar het uiteinde van het buisje en vormden daar weer een nieuw hexameer. En met HS-AFM was dit wederom in realtime te volgen met een frequentie van 10 fps.

Met deze techniek zou je bijvoorbeeld ook de vorming van amyloïdevezels kunnen ophelderen volgens de auteurs, aangezien nog onduidelijk is hoe dat precies gebeurt. De vorming daarvan vormt het begin van een groot aantal ziektes, en het assemblageproces begrijpen kan dan helpen om de juiste remedie te vinden.

_{Valbuena, A. et al. (2020) ACS Nano 14}

_{Maity, S. et al. (2020) JACS 142(32)}