Lang geloofden weinig mensen in het bestaan van waterkanalen in het celmembraan, ook onderzoeksfinancier NWO niet. ‘Destijds wilde alleen de Nierstichting onze risicovolle projecten financieren’, vertelt Peter Deen. Totdat Nobelprijswinnend onderzoek de weg naar succes wees, tot een Vici-subsidie van NWO aan toe.

Van een promotieproject waarin het gewenste resultaat uitbleef en een postdocproject dat in de soep dreigde te lopen tot winnaar van een Vici-subsidie van 1,2 miljoen euro.

De Nijmeegse celfysioloog Peter Deen (46), die binnenkort hoogleraar hoopt te worden, had geen droomstart van zijn nu succesvolle wetenschappelijke carrière.

Nu doet hij onderzoek aan een familie van membraaneiwitten die alleen water doorlaten en geen H+- of andere ionen. Een uitdagende klus, omdat dit type eiwit in de nieren, waar het belangrijk is voor de waterbalans in ons lichaam, op een bijzondere manier van en naar de buitenkant van de cel wordt verplaatst. Een ingenieus netwerk van hormonen en signaalmoleculen regelt dit, waardoor het lichaam van gezonde mensen niet te veel en niet te weinig urine produceert.

Bij nierpatiënten kan er echter van alles mis zijn met de vouwing van de waterkanaaleiwitten, ook wel aquaporines genoemd, en/of met hun plek in de niercel. De eerste beschrijving van wat er op moleculair niveau fout kan gaan bij een mutatie in het niergen voor waterkanaaltjes leverde Deen in 1995 zijn eerste Science-publicatie op. Hij sprong toen snel in op de Japanse ontdekking van het eerste nieraquaporine door handig gebruik te maken van goed gedocumenteerde genetische informatie van nierpatiënten van het Nijmeegse academische ziekenhuis. “Later hoorden we van de Japanners dat ze dit jammer vonden, want ons onderzoek zou ook hun volgende stap geweest zijn.”

Tijdens zijn promotieonderzoek eind jaren tachtig zat het niet zo mee. Toen bleek de klauwpad - bijzonder omdat een melanine­stimulerend hormoon hem van kleur laat veranderen - tot de beesten te horen die zich niet zomaar genetisch laten modificeren. “Uiteindelijk moest ik van mijn promotor stoppen met proberen. Zelf wilde ik dat eigenlijk niet; ik wilde me erin blijven vastbijten.”

Kapotgeschoten

Daarna beet hij zich vast in de zoektocht naar de waterkanaaltjes, waarvan veel mensen begin jaren negentig eigenlijk niet geloofden dat ze bestonden. “Wij geloofden dat wél, omdat watertransport te remmen was met kwik en niet temperatuurs­afhankelijk was. Dan denk je eerder aan een eiwitkanaal dan aan diffusie door het celmembraan.” Bovendien had een collega van zijn afdeling met gedoseerde röntgenstraling eiwitten in het celmembraan van niercellen en rode bloedcellen kapotgeschoten. Hij keek bij hoeveel straling het watertransport sterk afnam, in de hoop zo de grootte van het waterkanaal te kunnen bepalen. “Dat lukte boven verwachting.”

Toch ging de start van Deens postdocproject moeizaam. Het eiwit, waarvan zijn voorganger dacht dat het een aquaporine was, bleek helemaal geen waterkanaaltje te zijn. “Na vijf maanden kwam ik erachter dat het het bloedeiwit globine was. Dat was wel shit. We moesten weer terug naar af. Mijn ideeën voor een nieuwe aanpak waren weer risicovol en tijdrovend.”

De Nijmeegse celfysioloog laat zich echter niet snel ontmoedigen. “Ik werk graag aan risicovolle projecten. Als die lukken, leveren ze vaak bijzondere resultaten op, al moet je daarnaast natuurlijk ook altijd experimenten doen met een grotere slagingskans.”

Precies toen Deen tijdens zijn postdocproject vastliep op de ingeslagen weg, kwam het bewijs voor het bestaan van de waterkanalen ineens uit onverwachte hoek. De Amerikaan Peter Agre vond het bij toeval tijdens zijn zoektocht naar de rhesusfactor in rode bloedcellen. In zijn pogingen die factor te zuiveren kwam er steeds een kleiner eiwit mee. “Hij dacht dat het een afbraakproduct was, maar de sequentie bleek helemaal niet op die van de rhesusfactor te lijken.” Uiteindelijk kon de Amerikaan aantonen dat het om het lang gezochte waterkanaaleiwit ging.

Wat heeft de Nobelprijs in 2003 voor jouw onderzoeksveld betekend?

“Of we hierdoor makkelijker geld krijgen voor dit onderzoek, weet ik niet. Door de Nobelprijs heb ik wel zelf in Nederland meer lezingen kunnen geven. Leuk is verder dat Peter Agre ons onderzoek altijd vermeldt in de lezingen die hij over de hele wereld geeft. Hij is echt met beide benen op de grond blijven staan en heeft een goed overzicht over het aquaporineveld. Ons onderzoek is voor hem een mooi voorbeeld van het klinische belang van moleculaire waterkanalen.”

Wat is er bijzonder aan je eigen onderzoeksaanpak?

“Binnen de waterkanalenwereld zijn wij de enigen die met gepolariseerde niercellen werken; cellen waarbij er andere eiwitten in het celmembraan zitten aan de urinezijde dan aan de bloedzijde van de cel. Dat geeft fysiologisch interessantere informatie en dat is onze kracht, al maakt het ons onderzoek wel moeilijker en meer tijdrovend.

Er zijn bijvoorbeeld bij nierpatiënten mutaties in het waterkanaaleiwit gevonden die in losse eicellen van de klauwpad - ja , die van mijn promotieonderzoek - gewoon hun werk doen. In gepolariseerde cellen zie je dan pas wat het probleem is. De cel stuurt die eiwitkanalen naar het membraan aan de verkeerde kant van de cel. Zo bestaat er ook een nierziekte waarbij foute varianten van het eiwit ook de aanwezige goede varianten meenemen naar de verkeerde kant van de cel. Aan de goede kant heb je dan te weinig waterkanaaltjes.”

Hoe kan een eiwit selectief water doorlaten zonder H+- en andere ionen?

“Het kanaal heeft de vorm van een zandloper. Op het nauwste punt, in het midden, is de diameter slechts 3 Å, de grootte van een watermolecuul. Drie positief geladen aminozuren zorgen op dat nauwste punt dat H+-ionen worden afgestoten. Daarnaast verandert de oriëntatie van de waterdipolen rond de porie. Dat bekent dat er geen waterstofbrug over het nauwste punt heen kan ontstaan. Ook dat belemmert de doorgang van H+-ionen.”

Waterkanaaltjes kunnen zich niet sluiten, maar worden door de cel uit het membraan gehaald op het moment dat hun werk niet nodig is. Hoe doet de cel dat?

“Eigenlijk fuseren de vesicles continu met het celmembraan aan de urinezijde en worden er ook continu van die nieuwe membraanblaasjes gevormd, en het waterkanaal gaat steeds mee. Fosforylering van het waterkanaal verschuift die balans. Dan blijven er meer kanalen in het celmembraan aan de urinezijde. Wij hebben dat ontdekt via patiënten waarbij de waterkanaaltjes niet meer gefosforyleerd kunnen worden. Dan zitten ze vooral in de membraanblaasjes, waardoor deze patiënten te veel urine produceren.”

Wat valt er nog meer te ontrafelen aan de regulering van die verplaatsingen?

“De waterkanaaltjes zitten altijd met zijn vieren bij elkaar. Mijn hypothese is dat de vier staarten van vier aquaporines elkaar opzoeken. Die zijn allemaal hydrofoob. Gaan die staarten uit elkaar, dan is dat een teken voor de cel om de eiwitten af te breken. Die staarten lijken dus sorteringsinformatie te bevatten en zo te bepalen waar het eiwit in de cel heen gaat. Via fluorescentietechnieken willen we hierover in het Vici-onderzoek meer te weten komen.

De Vici-subsidie geeft ook ruimte om te pionieren. Via een viraal infectiesysteem willen we de rol van verschillende eiwitten op het watertransport in de verzamelbuizen van muizennieren bestuderen door lokaal een eiwit tot overexpressie te brengen of uit te schakelen. Dat is een risicovolle aanpak, omdat we niet weten of het lukt genoeg van de virussen in de verzamelbuizen te krijgen.”

Had je zonder de Nierstichting überhaupt dit onderzoek kunnen starten?

“In de tijd dat we bij NWO lastig konden aankloppen voor financiering, had de Nierstichting wel oog voor ons onderzoek. Misschien zorgde haar kennis van nierziektes er wel voor dat ze meer in onze hypotheses zag. Eigenlijk gaf ze een soort durfkapitaal doordat ze in risicovolle projecten wilde financieren. Na onze publicatie in Science kwamen ook NWO en de KNAW met onderzoeksgeld over de brug.

De laatste jaren komt er steeds meer financiering voor klinisch relevant onderzoek. Ik probeer mee te gaan met die flow en slim naar onderwerpen te zoeken die zowel uit fundamenteel oogpunt interessant zijn als relevant voor de maatschappij. Zo zorgt de vergrijzing voor interessante onderzoeksvragen. Ouderen gebruiken vaker antidepressiva en bij 2 procent van die gebruikers is de waterbalans verstoord. Uitzoeken hoe dat werkt is ook fundamenteel interessant.”

De Vici-subsidie vergroot je kans om hoogleraar te worden. Vind je dat belangrijk?

“Ja, dat is een bevestiging van je kwaliteiten. Ik run nu al zelf een onderzoeksgroep met een aantal promovendi, een postdoc en een analist. Als ik hoogleraar zou worden, zou ik een universitair docent kunnen aannemen die kan meeschrijven aan nieuwe onderzoeksprojecten, en een deel van de bureaucratische verplichtingen, bijvoorbeeld rond dierproeven, van me kan overnemen. Een hoogleraarschap vergroot ook mijn zichtbaarheid, evenals die van het Nijmeegse nieronderzoek.”

FEITELIJK

Prijzen voor Peter Deen

1996 KNAW-fellowship

1998 Prijs van de Nierstichting

2001 Young Investigator Award van de American Physiological Society

2005 Onderzoeksprijs van de Spa Foundation

2007 Vici-subsidie

Bron: C2W life sciences4