Eiwitten sturen alle cellulaire functies aan, van celdeling, metabolisme en transport tot geprogrammeerde celdood. Het bestuderen van eiwitten en van de relatie tussen hun structuur, dynamiek en functie is van het grootste belang om het leven te begrijpen en ziekten te bestrijden. Het afgelopen decennium zagen we de opkomst van de revolutionaire interferometrische verstrooiingsmicroscopie (iSCAT). Daarmee kunnen afzonderlijke eiwitmoleculen optisch in beeld worden gebracht, zonder arbeidsintensieve fluorescente labeling en zonder chemische verankering. iSCAT opent zo de weg naar het lang gezochte labelvrije onderzoek van individuele eiwitmoleculen. Deze nieuwe aanpak is echter fundamenteel blind voor de conformationele dynamiek van eiwitten. In ProAct willen we iSCAT-microscopie het vermogen geven om achter de schermen van die conformationele dynamiek te kijken. Zo komen we tegemoet aan de zoektocht naar de minst invasieve en meest informatieve technologie om eiwitten te bestuderen.
Onze hypothese is dat de fysische eigenschappen van een eiwit in het optische signaal worden vastgelegd als het molecuul in een periodieke beweging wordt gebracht door interactie met een inhomogeen elektrisch veld. Onder zulke omstandigheden ondervindt een eiwitmolecuul een diëlektroforetische (DEP) kracht. De grootte van deze kracht hangt af van de hydrodynamische straal en het dipoolmoment van het eiwit, en beide zijn gevoelig voor de moleculaire conformatie. We brengen één eiwitmolecuul in beweging met diëlektroforese en volgen tegelijk optisch zijn fysische eigenschappen met iSCAT-microscopie. De combinatie van die twee levert een radicaal nieuwe methode op om eiwitdynamiek labelvrij te onderzoeken.
We verwachten dat de resultaten van dit project het onderzoek naar eiwitdynamiek, eiwit-ligandinteracties en eiwit-eiwitinteracties enorm vereenvoudigen, omdat er geen optimale labelingstrategie meer nodig is. Daarnaast zal ProAct het begrip van eiwitdiëlektroforese verdiepen en iSCAT-beeldvorming naar een hoger niveau tillen voor het waarnemen van moleculaire dynamiek.