Nieuwe methode leest eiwitten én metabolieten uit hetzelfde stukje weefsel

Wetenschappers willen vaak weten wat er op moleculair niveau gebeurt in een klein stukje weefsel: welke eiwitten zijn er actief, en welke stofwisselingsproducten (metabolieten) horen daarbij? Die vraag is lastiger te beantwoorden dan het klinkt. Eiwitten en metabolieten verschillen enorm in grootte, chemische opbouw en reactiviteit. Daardoor vereist onderzoek naar elk van beide een eigen voorbereiding van het weefsel en andere meetapparatuur. Tot nu toe moesten laboratoria daarom telkens verschillende plakjes weefsel gebruiken: één voor de eiwitten, één voor de metabolieten.

Dat is een probleem, want geen twee plakjes weefsel zijn identiek. Kleine verschillen tussen de sneetjes kunnen ervoor zorgen dat metingen niet meer precies bij elkaar passen. Onderzoekers die willen begrijpen hoe eiwitten en metabolieten in dezelfde cellen op elkaar inspelen, liepen daardoor voortdurend tegen onnauwkeurigheden aan.

Twee technieken op één plakje

Een team van het Environmental Molecular Sciences Laboratory (EMSL), een onderzoeksfaciliteit van het Amerikaanse ministerie van Energie bij het Pacific Northwest National Laboratory, ontwikkelde een nieuwe werkwijze die dit probleem omzeilt. De methode heet MIPI-STS, een afkorting voor 'metabolome-informed proteome imaging from the same tissue section'. De aanpak combineert twee bestaande beeldvormende technieken: massaspectrometer-gebaseerde analyse van metabolieten en een techniek waarbij met een laser piepkleine stukjes weefsel worden uitgesneden voor eiwitonderzoek.

Het slimme zit in de volgorde en de voorbewerking. Door eerst de metabolieten in kaart te brengen en pas daarna de eiwitten te analyseren, en door de chemische behandeling van het weefsel op beide methoden af te stemmen, kunnen onderzoekers nu allebei de metingen op exact dezelfde plek in hetzelfde weefselplakje doen.

Getest op plantenwortels

De onderzoekers testten hun methode op wortelweefsel van populieren. Uit de resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Analytical Chemistry, bleek dat de gecombineerde aanpak even betrouwbare data oplevert als wanneer beide technieken apart en onder ideale omstandigheden worden gebruikt. Belangrijk is dat er geen eiwitten verloren gingen en dat metabolieten niet van hun oorspronkelijke plek in het weefsel wegdreven tijdens het proces. Dat laatste is cruciaal: als moleculen tijdens de voorbewerking verschuiven, geeft de meting een vertekend beeld van waar een stof zich werkelijk bevindt.

Volgens de onderzoekers is MIPI-STS de eerste methode die het mogelijk maakt om zowel het complete eiwitpalet (het proteoom) als het complete palet aan stofwisselingsproducten uit precies dezelfde cellen of functionele weefselzones te halen. Hoewel de techniek is ontwikkeld op plantenwortels, is ze volgens het team in principe ook toepasbaar op ander biologisch weefsel, zoals dierlijk of menselijk materiaal. Dat opent de deur naar preciezer onderzoek naar hoe cellen op specifieke momenten en plekken in een weefsel reageren op hun omgeving, wat ontwikkeling, ziekte of stress kan verklaren.