3D structuur van opslagcomplex onthult hoe eicellen ontwikkelingseiwitten opslaan

In de eierstokken zitten duizenden onrijpe eicellen, oöcyten genoemd. Tijdens elke menstruatiecyclus rijpt één oöcyt uit tot een eicel. Als de eicel samensmelt met een zaadcel, ontwikkelt de bevruchte eicel zich tot een embryo en ondergaat het meerdere celdelingen voordat het zich in de baarmoederwand nestelt. Omdat het embryo in dit vroege stadium nog niet zelfvoorzienend is, is het afhankelijk van eiwitten en andere moleculen die aanwezig zijn in de eicel en zich hebben opgehoopt toen deze nog een ontwikkelende oöcyt was.

De opbergkast van de eicel

Omdat oöcyten grote aantallen eiwitten en andere grote moleculen opslaan, groeien ze uit tot een van de grootste cellen in het vrouwelijk lichaam. Zeynep Kılıç, eerste auteur van de studie, legt uit: “Zestig jaar geleden ontdekten wetenschappers dat oöcyten veel grote eiwitstructuren bevatten, zogeheten cytoplasmatische roosters, die werken als een soort opbergkast voor de cel. Maar tot voor kort wisten we niet precies waar ze uit bestaan of hoe ze georganiseerd zijn.” De opgeslagen eiwitten zijn cruciaal voor embryonale ontwikkeling: vrouwen met mutaties die het cytoplasmatisch rooster aantasten hebben vaak vruchtbaarheidsproblemen.

Om te onderzoeken hoe dit opslagsysteem werkt, werkte het team samen met Willem Noteborn van het Netherlands Centre for Electron Nanoscopy. Ze brachten cytoplasmatische roosters in beeld met een extreem hoge resolutie, bijna op het niveau van individuele atomen, door middel van cryogene-elektronenmicroscopie (cryo-EM). Bij deze techniek bevriezen onderzoekers eiwitten razendsnel om hun vorm te behouden, maken vervolgens duizenden beelden met een elektronenmicroscoop en combineren deze tot een gedetailleerd 3D-model van de eiwitstructuur. Het team werkte ook samen met het Proteomics team van het Centre for Molecular Medicine van het UMC Utrecht om deze bevindingen te bevestigen. Met behulp van massaspectometrie toonden ze aan dat de eiwitten die in de cryo-EM reconstructie werden geïdentificeerd, in grote hoeveelheden aanwezig zijn in oöcyten.

Veilige opslag

Het team ontdekte dat het cytoplasmatisch rooster een groot eiwitcomplex is dat uit minstens dertien verschillende eiwitten bestaat, waarvan veel zelf essentieel zijn voor embryonale ontwikkeling. Deze eiwitten vormen samen een stabiele en ruimte-efficiënte structuur die ze inactief houdt totdat ze nodig zijn, vergelijkbaar met een opbergkast die de inhoud veilig opslaat terwijl het niet gebruikt wordt. Opmerkelijk is dat de cel deze “kast” opbouwt uit de opgeslagen eiwitten zelf. Deze gecontroleerde opslag is belangrijk: als deze eiwitten vrij beschikbaar zouden zijn, zouden ze processen in de eicel kunnen verstoren.

Video die de eiwitcomponenten van het cytoplasmatisch rooster laat zien, een opslagcomplex in eicellen van zoogdieren. Credit: Miguel Leung. Copyright: Hubrecht Institute.

Tubuline helpt bijvoorbeeld bij de opbouw van het interne celskelet en bij het transport van materialen door de cel, maar een teveel aan vrij tubuline kan deze processen verstoren en toxisch worden. “De hoeveelheid vrij tubuline wordt in de cel altijd streng gereguleerd,” legt Kılıç uit. “Door het op te slaan in het complex, kan de cel terugkoppelings omzeilen die normaal nodig zijn om nauwkeurige tubulineconcentraties te handhaven.” Op vergelijkbare wijze worden eiwitten die andere eiwitten afbreken, en epigenetische hoofdregulatoren zoals UHRF1, dat ervoor zorgt dat de DNA-instructies correct worden gekopieerd, veilig in het complex opgeslagen totdat ze nodig zijn voor de overgang van oöcyt naar embryo.

Waarom dit belangrijk is voor vruchtbaarheid

Deze bevindingen geven nieuw inzicht in hoe eicellen de materialen opslaan die nodig zijn om vroege ontwikkeling te ondersteunen. Hoewel het onderzoek werd uitgevoerd met muis-oöcyten, bevatten menselijke oöcyten ook de meeste componenten van cytoplasmatische roosters. Dit helpt te verklaren waarom mutaties in genen die voor deze componenten coderen, kunnen leiden tot onvruchtbaarheid en ontwikkelingsstoornissen. Huidige vruchtbaarheidsbehandelingen zoals in-vitro fertilisatie (IVF) zijn vaak ineffectief in deze gevallen, wat het belang benadrukt van een beter begrip van de onderliggende biologie. Dit onderzoek kan daarom wijzen op nieuwe aanknopingspunten voor toekomstige therapieën.

Publicatie

Cytoplasmic lattices are megadalton storage complexes in mammalian oocytes. Zeynep Ilgın Kılıç, Joyce van Loenhout, Marten Chaillet, Robert M. van Es, Paula Sobrevals Alcaraz, Harmjan R. Vos, Willem E. M. Noteborn & Miguel Ricardo Leung. Nature, 2026.