Een probe die biologische moleculen ‘target’ en toont onder zowel de licht- als de elektronenmicroscoop is lastig te maken, maar het lukte Ben Giepmans in Groningen.

Bij correlated light microscopy and electron microscopy (CLEM) combineer je fluorescentiemicroscopie (FM) met elektronenmicroscopie (EM). Maar het ontbrak CLEM aan goede probes. Ben Giepmans, hoofd van het Universitair Medisch Cen­trum Groningen microscopy & imaging center, en zijn team ontwikkelde er een samen met de Universiteit Utrecht.

Pluspunten

FM en EM hebben allebei hun pluspunten. Een lichtmicroscoop is goed in staat de dynamiek van fluorescent gelabelde moleculen in levende cellen en weefsels in kaart te brengen. Dat kan een elektronenmicroscoop niet, omdat samples altijd in vacuüm moeten worden gefixeerd. Wel kun je met EM in tegenstelling tot FM tot op het molecuul zelf kijken en bovendien de structuur van het omliggende weefsel ‘zien’.

De probe is puur genetisch gecodeerd

Dat FM en EM op verschillende manier ‘kijken’ naar een sample maakt ook meteen duidelijk waarom het zo lastig is om geschikte probes te ontwikkelen voor CLEM. Zo’n probe moet volgens Giepmans namelijk zowel zichtbaar zijn voor licht- als voor elektronenmicroscopie. ‘Er zijn nog niet zoveel mensen bezig geweest om dit soort combinatieprobes te maken. Je hebt bijvoorbeeld wel kwantumdots, nanodeeltjes die zowel fluorescent als elektronenrijk zijn, maar die moet je extern toedienen. Dat werkt minder goed in dynamische systemen.’

De nieuwe probe van Giepmans is handiger, omdat hij puur genetisch is gecodeerd. Giepmans: ‘Je kunt hem eventueel in de targetcellen zelf tot expressie laten brengen.’ Dat is mogelijk doordat de probe bestaat uit drie aan elkaar gekoppelde eiwitten. Ten eerste is een fluorescent

eiwit gefuseerd aan peroxidase. De combinatie heet fluorescent indicator and peroxidase for precipitation and EM-resolution (FLIPPER). ‘Hierbij is het fluorescente eiwit een mFruit, een fluorescent label zichtbaar voor de optische microscoop. Peroxidase is op zijn beurt het enzym dat voor een elektronrijke donkere neerslag zorgt die een elektronenmicroscoop oppikt’, legt Giepmans uit.

FLIPPER is weer verbonden met een nanobody, een klein antilichaam dat in staat is heel specifiek te binden aan het molecuul van interesse. Het geheel is een 3-in-1-probe, die goed kan ‘targetten’ en voor zowel een optisch als een elektrisch signaal zorgt.

De probe is universeel bruikbaar, behalve voor CLEM ook voor lichtmicroscopie en elektronenmicroscopie afzonderlijk. Iedereen die beschikt over de genetische code kan hem maken. Bovendien is hij volgens Giepmans veel beter in labelen dan de huidige (niet-biologische) probes. ‘Verder kun je elk onderdeel van de probe naar gelang je onderzoek verwisselen. Zo kun je voor de mFruit uit alle kleuren van de regenboog kiezen, voor het peroxidase heb je de keuze uit verschillende types en nanobodies maak je op basis van je eiwit van interesse.’

Meer nanobodies

Giepmans en collega’s toonden in hun publicatie in Histochemistry and Cell Biology in januari aan dat FLIPPER gekoppeld aan een nanobody goed in staat is twee types EGF-receptoren en het fluorescente eiwit GFP zichtbaar te maken met CLEM. ‘De probe zoals hij nu is, hoeft eigenlijk niet te worden verbeterd’, vervolgt Giepmans. ‘Het is nu vooral zaak meer nanobodies te gaan maken om daarmee meer targets te kunnen bestuderen in biomedisch onderzoek. Wij gaan nu kijken naar eiwitten betrokken bij DNA-schade in kanker en naar moleculen in de eilandjes van Langerhans in de alvleesklier, in het kader van type 1 diabetes-studies.’