faculteit farmaceutische wetenschappen · 2010-06-07 · faculteit farmaceutische wetenschappen...

56
FACULTEIT FARMACEUTISCHE WETENSCHAPPEN Vakgroep Geneesmiddelenleer Laboratorium voor Algemene Biochemie en Fysische Farmacie Academiejaar 2008 – 2009 EVALUATIE VAN CHROMATINEBINDENDE PEPTIDEN VOOR pDNATRANSFECTIES IN DELENDE CELLEN Tieme LEYSEELE Eerste Master in de Geneesmiddelenontwikkeling Promotor Prof. dr. apr. S. De Smedt Commissarissen Dr. lic. K. Tilleman Dr. apr. C. Stove

Upload: others

Post on 21-Jan-2020

7 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

 

FACULTEIT FARMACEUTISCHE WETENSCHAPPEN 

 

Vakgroep Geneesmiddelenleer 

Laboratorium voor Algemene Biochemie en Fysische Farmacie 

Academiejaar 2008 – 2009 

 

EVALUATIE VAN CHROMATINE‐BINDENDE PEPTIDEN VOOR pDNA‐TRANSFECTIES IN DELENDE CELLEN 

 

Tieme LEYSEELE Eerste Master in de Geneesmiddelenontwikkeling 

 

Promotor 

Prof. dr. apr. S. De Smedt 

 

Commissarissen 

Dr. lic. K. Tilleman 

Dr. apr. C. Stove 

 

De auteur en de promotor geven de toelating deze scriptie voor consultatie beschikbaar te 

stellen en delen ervan te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de 

beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting 

uitdrukkelijk de bron te vermelden bij het aanhalen van de resultaten uit deze scriptie. 

 

26/05/2009 

 

 

 

 

Tieme Leyseele                         Prof. dr. apr. S. De Smet 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DANKWOORD 

In de eerste plaats wil ik graag prof. dr. apr. S. De Smedt bedanken om mij 

de kans te geven rond dit boeiend onderwerp mijn scriptie te schrijven. 

In het bijzonder wil ik ook Nathalie Symens bedanken voor de begeleiding 

tijdens het onderzoek en het schrijven van deze scriptie. Zij was altijd en overal 

bereikbaar voor vragen en hulp bij alle experimenten. 

Ook mogen alle andere personeelsleden van het laboratorium niet vergeten 

worden. Ze zorgden voor een aangename werksfeer en stonden steeds 

klaar voor het oplossen van allerhande kleine en grote problemen. 

Ten slotte wil ik mijn ouders en zus bedanken voor alle steun, niet alleen 

tijdens deze onderzoekstage, maar gedurende mijn volledige studie. 

 

LIJST MET GEBRUIKTE AFKORTINGEN 

AZ  aminozuur 

bp  baseparen 

DAPI  4’,6‐diamidino‐2‐fenylindool 

DLS  dynamic light scattering 

GFP  groen fluorescent proteïne 

H2A‐H2B  histon2A‐histon2B 

LAF  laminar air flow 

mRNA  messenger ribonucleïnezuur 

NPC  nucleaire poriecomplexen 

NLS  nucleaire lokalisatie signalen 

NES  nucleaire export signalen 

ORI  origin of replication site 

PBS  phosphate buffered saline 

pDNA  plasmide desoxyribonucleïnezuur 

PEI  poly‐ethyleen‐imine  

siRNA  small interfering ribonucleïnezuur 

 

   

INHOUDSOPGAVE 

Dankwoord Inhoudsopgave Lijst met gebruikte afkortingen 

 

1.  INLEIDING ............................................................................................................................................ 1 

1.1.  ALGEMEEN ..................................................................................................................................... 1 

1.2.  BARRIÈRES BUITEN EN BINNEN DE CEL ......................................................................................... 2 

1.3.  VECTOREN VOOR PDNA ................................................................................................................ 4 

1.3.1.  Virale vectoren ...................................................................................................................... 5 

1.3.2.  Fysische methoden en niet‐virale vectoren ......................................................................... 5 

 

2.  DOELSTELLING ....................................................................................................................................... 9 

 

3.  MATERIALEN EN METHODEN ............................................................................................................. 11 

3.1.  AANMAAK VAN COMPLEXEN ...................................................................................................... 11 

3.1.1.  Algemeen ............................................................................................................................ 11 

3.1.2.  pDNA ................................................................................................................................... 11 

3.1.3.  Peptiden .............................................................................................................................. 12 

3.1.4.  Complexen .......................................................................................................................... 13 

3.1.5.  Kwaliteitscontrole ............................................................................................................... 14 

3.2.  CELKWEEK .................................................................................................................................... 17 

3.2.1.  Algemeen ............................................................................................................................ 17 

3.2.2.  Uitsplitsen van cellen .......................................................................................................... 18 

3.2.3.  Cellen tellen ........................................................................................................................ 18 

3.2.4.  Celsynchronisatie en –arrestatie ........................................................................................ 19 

3.3.  TRANSFECTIES ............................................................................................................................. 20 

3.3.1.  Soorten transfecties ............................................................................................................ 20 

3.3.2.  pDNA ................................................................................................................................... 20 

3.3.3.  Transfectie door vrije opname van pDNA/peptide‐complexen ........................................ 22 

3.3.4.  Transfectie met tertiaire complexen .................................................................................. 23 

3.3.5.  Transfectie d.m.v. elektroporatie ...................................................................................... 23 

3.4.  XENOPUS SPERMA CHROMATINE BINDING ................................................................................ 24 

3.4.1.  Miruslabeling ...................................................................................................................... 24 

3.4.2.  DAPI ..................................................................................................................................... 25 

3.5.  FLOW CYTOMETRIE ..................................................................................................................... 25 

3.6.  CONFOCALE LASER SCANNING MICROSCOPIE ............................................................................ 26 

3.6.1.  Tokaï Hit stage top incubator ............................................................................................. 27 

 

4.  RESULTATEN EN DISCUSSIE ................................................................................................................ 28 

4.1.  KARAKTERISATIE VAN PDNA/PEPTIDE COMPLEXEN ................................................................... 28 

4.1.1.  Aanmaak complexen .......................................................................................................... 28 

4.1.2.  Maat van complexatie a.d.h.v. gelelektroforese ............................................................... 28 

4.1.3.  Deeltjesgrootte a.d.h.v. DLS ............................................................................................... 29 

4.1.4.  ζ‐potentiaal ......................................................................................................................... 31 

4.2.  XENOPUS CHROMATINE BINDING ............................................................................................... 34 

4.3.  NAGAAN SYNCHRONISATIE VAN HELA‐CELLEN ........................................................................... 36 

4.4.  OPNAME VAN COMPLEXEN DOOR HELA‐CELLEN ....................................................................... 36 

4.4.1.  Opname van de complexen ................................................................................................ 36 

4.4.2.  Controle van complexatie in verschillende media ............................................................ 37 

4.5.  TRANSFECTIES MET TERTIAIRE PDNA‐COMPLEXEN .................................................................... 38 

4.6.  GEBRUIK VAN ELEKTROPORATIE VOOR TRANSFECTIES MET PDNA/PEPTIDE‐COMPLEXEN ....... 41 

4.6.1.  Elektroporatie met gWIZ‐GFP/peptide‐complexen ........................................................... 41 

4.6.2.  Elektroporatie met EGFP‐N1/peptide‐complexen............................................................. 45 

 

5.  BESLUIT ............................................................................................................................................... 47 

 

6.  BIBLIOGRAFIE ...................................................................................................................................... 48 

 

 

1. INLEIDING  

1.1.  ALGEMEEN 

 

De  laatste decennia werd het menselijk genoom volledig gesequeneerd. Tal van 

genen die betrokken zijn in cellulaire processen en pathogenese werden geïdentificeerd 

en gezien als eventuele nieuwe  targets  voor de genezing  van genetische  ziektes. Het 

grote  verschil  tussen  klassieke  geneesmiddelen  en  gentherapie  is dat  gentherapie de 

oorzaak van de ziekte aanpakt in plaats van de symptomen. Door het on‐target principe, 

zou  gentherapie  een  veel  specifiekere  en  meer  doeltreffende  therapie  zijn  dan  de 

klassieke methodes. 

 

Genetische  ziektes  uiten  zich  enerzijds  door  de  aanmaak  van  bepaalde 

(messenger)  RNA  (mRNA)‐moleculen  die  worden  getransleerd  tot  pathologische 

proteïnen die aan de basis  liggen van de symptomen van een genetische aandoening. 

Anderzijds kunnen essentiële proteïnen volledig ontbreken. De productie van een fout 

proteïne kan worden tegengegaan met behulp van oligonucleotiden of small interfering 

RNA (siRNA). Deze uit 20 tot 25 tal nucleotiden bestaande RNA‐moleculen beïnvloeden 

zowel de mRNA degradatie en  translatie, als het chromatine zelf. Hierdoor hebben ze 

een effect op de  translatiegraad  (Valencia‐Sanchez et al., 2006).   Een nieuw proteïne 

daarentegen  kan  tot  expressie  gebracht  worden  nadat  het  overeenkomstige 

therapeutisch plasmide DNA (pDNA) of mRNA aan de doelcel wordt toegediend. 

  

Gentherapie kan zowel  in vivo als ex vivo worden toegepast. Bij ex vivo therapie 

worden  cellen  van  de  patiënt  gecollecteerd  om  deze  in  vitro  te  transfecteren.  Het 

voordeel hier  is dat er een meer efficiënte gentransfer kan plaatsvinden en dat er een 

groter aantal getransfecteerde  cellen  kan aangemaakt worden. Een nadeel  is dat het 

een heel patiëntspecifieke methode  is  als  gevolg  van  celimmunogeniciteit. Bij  in  vivo 

therapie worden de therapeutische nucleïnezuren met behulp van vectoren direct bij de 

1  

patiënt  toegediend.  Hierdoor  is  het  niet  patiëntspecifiek  en  zal  het  dus  een minder 

kostelijke  methode  zijn.  Het  is  hier  wel  moeilijker  om  de  specifieke  doelcellen  te 

bereiken (A. Mountain et al., 2000). 

 

1.2. BARRIÈRES BUITEN EN BINNEN DE CEL 

 

Om de celinhoud te beschermen tegen negatieve externe factoren bestaat de cel 

uit  een  aantal  verschillende  barrières  die  uiteindelijk  zullen  moeten  overwonnen 

worden om siRNA, mRNA en oligonucleotiden in het cytoplasma of pDNA in de celkern 

te  krijgen.  De  cel  bevat  gereguleerde  transportmechanismen  zodat  lichaamseigen 

moleculen uitgewisseld  kunnen worden met de externe omgeving. Deze barrières en 

transportmechanismen zijn echter niet onfeilbaar: tal van virussen en bacteriën hebben 

zich  zodanig  aangepast  dat  zij  gebruik  kunnen  maken  van  dezelfde 

transportmechanismen  om  cellen  te  infiltreren.  Heel  wat  onderzoek  heeft 

therapeutische strategieën blootgelegd om intracellulaire targets te bereiken. 

 

Op de eerste plaats  kunnen de externe pH, nucleasen,  scavenger  systemen en 

het  immuunsysteem de vrij  toegediende DNA‐ of RNA‐moleculen afbreken. Het  is dus 

belangrijk dat deze beschermd worden tegen dit soort degradatie door het vormen van 

eventuele complexen of vesikels met andere moleculen  (M. Belting et al., 2005). Ook 

wanneer het pDNA terecht komt in het bloed, bijvoorbeeld na intraveneuze injectie, zal 

er  een  snelle  afbraak  optreden.  Doordat  bij  in  vivo  testen  een  grotere  afbraak 

voorkwam dan bij  in  vitro,  concludeerde men dat een groot deel  van de afbraak het 

gevolg moet zijn van enzymen bij passage door de  lever (Hashida et al., 1996). Ook de 

carrier‐systemen van pDNA en siRNA kunnen verstoord worden bij transport door het 

bloed.  Zo  kunnen  bepaalde  negatief  geladen  serumproteïnen,  zoals  albumine,  de 

oppervlaktelading van de carrier‐complexen wijzigen waardoor aggregatie zal optreden. 

Daarnaast kan door een gewone binding van geladen  serumproteïnen aan de carrier‐

complexen, de carrier uitgeschakeld worden (Buyens K et al, 2008). 

2  

Het plasmamembraan is een dubbele fosfolipidelaag die zich aan het oppervlak van de 

cel  bevindt.  De  graad  van  diffusie  door  dit membraan  hangt  af  van  de  grootte,  de 

hydrofobiciteit  en  de  lading  van  de moleculen.  DNA‐  en  RNA‐moleculen  zijn  bij  een 

fysiologische  pH  negatief  geladen.  Dit  bemoeilijkt  de  passage  doorheen  het 

celmembraan  doordat  het  celoppervlak  ook  negatief  geladen  is  en  dit 

afstotingsverschijnselen  met  zich  meebrengt.  DNA‐  en  RNA‐moleculen,  die  sterk 

geladen zijn, worden matig opgenomen via endocytotische pathways (M. Belting et al., 

2005).  Met  behulp  van  carriers  voor  de  DNA‐  of  RNA‐moleculen  wordt  de 

endocytotische opname verbeterd. 

 

Endosomen die de opgenomen DNA‐ of RNA‐moleculen bevatten, gaan na een 

zekere tijd versmelten met  lysosomen. Die  laatste zullen de enzymatische afbraak van 

de DNA‐ of RNA‐moleculen initiëren. Door de lage pH op dat moment in de endosomen 

zal  het  DNA  denatureren  en  zullen  eventuele  complexen  gevormd  met  het  DNA 

uiteenvallen. Lysosomen zijn aanwezig  in de cel om vreemde moleculen, die toch door 

de cel worden opgenomen, af  te breken. Het  is dus van belang dat de DNA‐ of RNA‐

moleculen  kunnen  ontsnappen  uit  de  endosomen  vooraleer  ze  versmelten  met 

lysosomen. Eenmaal uit de endosomen ontsnapt, moeten de DNA‐ of RNA‐moleculen 

stabiel  genoeg  zijn  om  hun  doelwit  te  bereiken  doorheen  het  cytoplasma  dat  ook 

nucleasen bevat. Deze  stabiliteit kan eventueel verbeterd worden door de moleculen 

vooraf met een  carrier  te binden. pDNA heeft nog  een  extra barrière  te overwinnen 

namelijk het kernmembraan. Dit blijkt de grootste barrière te zijn bij gentherapie met 

pDNA. 

 

Het  kernmembraan  bestaat  uit  een  dubbel  fosfolipidemembraan  en  nucleaire 

poriecomplexen  (NPC’s). Een NPC  is een doorgang  voor het wederzijds  transport  van 

RNA’s  en  proteïnen  doorheen  het  kernmembraan. De  partikels  die  passief  doorheen 

een NPC kunnen migreren zijn maximum 9 nm groot. Via actief transport is dit 30 tot 40 

nm (Van der Aa et al., 2006). Actief transport wordt geregeld door nucleaire lokalisatie 

3  

Fig 1.1:  Nucleaire poriecomplexen (Cook et al., 2007)

signalen  (NLS’s)  en  nucleaire 

export  signalen  (NES’s). Wanneer 

het  importin α/β dimeer een NLS‐

bevattend proteïne herkent wordt 

dit proteïne  aangeboden  aan een 

NPC  voor opname  in de  kern  (fig 

1.1).  Tal  van  onderzoeksgroepen 

evalueren het gebruik van NLS’s om 

de  nucleaire  import  van  pDNA  te 

verhogen. Tot op heden blijkt deze  strategie weinig effectief  te  zijn  (Mesika A. et al., 

2005).  Er  werd  echter  vastgesteld  dat  celdeling  een  positieve  invloed  heeft  op  de 

transfectie‐efficiëntie  met  pDNA.  Tijdens  de  celdeling  wordt  het  kernmembraan 

ontmanteld  en  valt  de  barrière  tijdelijk  weg  (Lénart  P.  et  al.,  2006).  Er  wordt 

verondersteld dat pDNA dat zich in de buurt van het chromatine bevindt per toeval kan 

worden  ingesloten  in  de  kern  bij  de  heropbouw  van  het  kernmembraan  na mitose 

(Wilke M. et al., 1996). Hier wordt verder op ingegaan onder 1.3.2. 

 

1.3. VECTOREN VOOR PDNA 

 

Er zijn verschillende methoden om het pDNA tot in de celkern te krijgen. Omwille 

van de eerder genoemde barrières dient het pDNA te worden toegediend met behulp 

van carriers, ook wel vectoren genoemd. Virale vectoren zijn de meest gebruikte. Het 

betreft  vooral  de  virusafgeleiden  van  retrovirussen,  adenovirussen  en  adeno‐

geassocieerde  virussen.  Niet‐virale  vectoren  zijn  voornamelijk  kationische  lipiden  en 

kationische polymeren. Vaak wordt ook beroep gedaan op een fysische methode zoals 

elektroporatie en gene‐gun. 

   

4  

1.3.1. Virale vectoren 

Adenovirussen kunnen zowel prolifererende als rustende cellen transfecteren. 

Ze  integreren het  transgen niet  in het  chromosoom van de gastcel, waardoor de 

transfectie  van  voorbijgaande  aard  is.  Uit  veiligheidsmaatregelen  werden  ze 

aangepast  zodat  ze  niet meer  kunnen  repliceren.  Er  wordt  dan  gesproken  van 

adeno‐geassocieerde  virussen.  De  adenovirusvectoren  worden  gebruikt  voor 

celdoding,  immunotherapeutische  doeleinden  en  acute  ziektes.  Ze  zijn  niet 

bruikbaar als therapie voor chronische aandoeningen (Chen et al., 1994). Een groot 

nadeel aan adenovirussen  is dat  zij  sterk  immunogene en  inflammatoire  reacties 

uitlokken. Dit kan een probleem vormen bij het binden aan de doelwitcellen en de 

gentransfectie  na  herhaalde  toediening.  Sommige  adenovirusvectoren  leveren 

naast het transgen ook nog andere virale gensequenties af die, als ze tot expressie 

komen,  zorgen  voor  een  cytotoxische  T‐cel  respons  tegen  de  getransfecteerde 

cellen.  Een  combinatie met  een  immunosuppresief middel  zou  deze  problemen 

eventueel kunnen verhelpen (A. Mountain et al., 2000). 

Retrovirussen  daarentegen  integreren  het  transgen wel  in  het  chromosoom 

van de gastcel. Dit leidt tot een langere expressie in de getransfecteerde cellen. De 

retrovirusvectoren kunnen alleen maar binnen in de kern tijdens de mitose. Er kan 

dus  alleen  transfectie  plaatsvinden  bij  prolifererende  cellen,  wat  in  de  meeste 

gevallen  een  beperking  is.  Ze  zijn  ook  veel  minder  immunogeen  dan 

adenovirusvectoren, omdat ze geen virale gensequenties overbrengen naar de cel 

(Miller et al., 1990).  

1.3.2. Fysische methoden en niet‐virale vectoren 

Na  lokale  injectie  van  vrij  pDNA  in  vivo,  bijvoorbeeld  in  de  spier  of  de 

levervenen,  kan  er  transfectie  voorkomen.  Bovendien  is  deze  transfectie  vaak 

groter dan bij andere niet‐virale vectoren (Wolff et al., 1992). Een groot voordeel 

van  deze  techniek  is  dat  vrij  pDNA  gemakkelijk  en  goedkoop  kan  aangemaakt 

worden in bacteriën. (zie 3.3.2)  

5  

Enkele fysische methoden zoals elektroporatie: een techniek waarbij door het 

aanleggen  van  een  elektrisch  veld  poriën  in  het  celmembraan  ontstaan  die  na 

enige  tijd spontaan herstellen, kunnen grotere partikels zoals pDNA binnen  in de 

cel  loodsen  (C. Favard et al., 2007). Een andere  fysische  techniek  is gene‐gun.  In 

deze  techniek  zal  men,  onder  hoge  helium  druk,  gouden  micropartikels  die 

gesuspendeerd zijn in een vloeistof en beladen zijn met het transgen in subcutane 

weefsels zoals spieren en tumoren katapulteren (J. Dileo et al., 2003). 

 

Kationische lipiden of polymeren zijn de meest gebruikte niet‐virale vectoren. 

DNA  is  een  negatief  geladen molecule  bij  fysiologische  pH  en  zal  dus  spontaan 

complexeren met kationische moleculen als gevolg van elektrostatische interacties. 

Als deze kationische molecule een lipide is, spreekt men van lipoplexen. Er kan ook 

een  vorming  van  liposomen  optreden,  hier  zullen  de  kationische  lipiden  een 

membraan vormen rondom het pDNA. Dat membraan zal dan samensmelten met 

het celmembraan en zo het pDNA  in de cel  loodsen  (Mönkkönen et al, 1998). De 

gevormde pDNA‐complexen beschermen het pDNA tegen enzymatische afbraak en 

verbeteren de opname via endocytose. De niet‐virale vectoren moeten in staat zijn 

het pDNA te helpen ontsnappen uit de endosomen. Een gekend polymeer dat met 

behulp  van  het  proton  sponge  effect  het  pDNA  in  het  cytosol  vrijstelt,  is  poly‐

ethyleen‐imine  (PEI)  (Bieber  T.  et  al.,  2002).  Het  pDNA  moet  ook  tijdens  het 

transport  doorheen  het  cytosol  zo  lang  mogelijk  beschermd  worden  tegen 

degradatie. Tot op vandaag wordt echter aangenomen dat de niet‐virale vectoren 

het  pDNA  in  het  cytosol moeten  vrijstellen. Dit  omdat  pDNA‐complexen  veel  te 

groot zijn om door de poriën van een  (intact) nucleair membraan te diffunderen. 

Het  transport blijkt heel  inefficiënt  aangezien de  transfectie  van  rustende  cellen 

heel  laag  is  (Fasbender A. et al, 1997). Het blijft dus een hele uitdaging voor de 

niet‐virale gentherapie wereld om niet‐delende cellen te transfecteren. 

   

6  

Delende cellen daarentegen vertonen een veel hogere  transfectie‐efficiëntie. 

Dit werd bewezen aan de hand van een experiment waar men zowel gearresteerde 

cellen als asynchroon delende cellen probeerde  te  transfecteren met  lipoplexen. 

Bij de gearresteerde  cellen was er  zo goed als geen  transfectie, wat wijst op de 

nood aan mitose om de complexen binnenin de celkern te krijgen (Mortimer et al., 

1999).  

 

In een andere experiment werd gebruik gemaakt van liposomen bestaande uit 

1,2‐dioleoyl‐3‐trimethylammonium‐propaan,  dioleoyl‐fosfatidylethanolamine  en 

pDNA. HeLa‐cellen werden hiermee getransfecteerd en gearresteerd in de G1‐fase. 

Het percentage cellen dat het transgen tot expressie bracht, steeg  immens als de 

cellen doorheen de M‐fase gingen. Wat opnieuw wijst op het belang van mitose 

om een hogere transfectie‐efficiëntie te bekomen (Tseng et al., 1999).   

 

De transfectie met behulp van fysische methoden of niet‐virale vectoren blijft 

echter  veel  minder  efficiënt  en  doelgericht  in  vergelijking  met  die  met  virale 

vectoren. Daarom zou het  interessant zijn om niet‐virale vectoren te ontwikkelen 

met bepaalde  ‘slimme’ eigenschappen. De kennis hiervoor kan worden opgedaan 

door het bestuderen van celeigen pathways en transportmechanismen. Een tot nu 

toe weinig effectief voorbeeld hiervan is het gebruik van NLS’s om de opname van 

pDNA  in  de  intacte  kernen  te  vergroten.  Anderzijds  kan  de  studie  van  het 

mechanisme dat virussen gebruiken om cellen en kernen binnen  te dringen voor 

ideeën zorgen.  

 

Een  voorbeeld  hiervan  is  het  Kaposi  sarcoma  herpesvirus.  Dit  virus  maakt 

gebruik  van  het  eiwit  LANA  (latency‐associated  nucleair  antigen),  voor  de 

vasthechting van het virale genoom aan mitotische chromosomen  (Roussel et al., 

2008). Een ander voorbeeld van een virus die mitose nodig geeft om zijn genoom 

in de celkern  te krijgen  is het Moloney murine  leukemia virus. Dit werd bewezen 

7  

door  een  experiment  waarin  gesynchroniseerde  rat‐  en  muiscellen  werden 

geïnfecteerd met viraal DNA. De integratie van het viraal DNA en de productie van 

de  virale  proteïnen  kwam  pas  op  gang  toen  de  cellen  door  de M‐fase  van  de 

celcyclus gingen (Roe et al., 1993). 

 

Het is intressant de mechanismen van dit soort virussen te achterhalen en na 

te  bootsen  om  op  eenzelfde  manier  de  cellen  te  transfecteren  met  het 

therapeutisch pDNA. 

   

8  

2. DOELSTELLING  

Gentherapie met pDNA wordt voor een groot deel geremd door verschillende barrières en 

afbraakmechanismen  voor  pDNA  in  de  cel.  Zoals  eerder  besproken  is  het  kernmembraan  de 

grootste barrière die overwonnen moet worden. Uit de  literatuurstudie kan besloten worden 

dat pDNA mitose nodig heeft voor een effectieve  transfectie van de cel. Bij celdeling valt het 

kernmembraan  tijdelijk weg. Er wordt verondersteld dat pDNA dat zich op dat moment  in de 

buurt van het chromatine bevindt at random wordt  ingesloten  in de dochterkernen (Mortimer 

et al., 1999).  

Aangezien  het  pDNA  in  afwachting  tot  mitose  in  het  cytoplasma  verblijft  wordt  het 

blootgesteld  aan  allerlei  nucleasen  en  scavenger‐systemen  die  de  afbraak  van  pDNA  zullen 

initiëren. Men zal dus op zoek moeten gaan naar moleculen die complexen of vesikels vormen 

met pDNA die het beschermen tegen dit soort degradatie (M. Belting et al., 2005).  Ideaal zou 

zijn dat de pDNA‐partikels volledig worden  ingesloten  in de dochterkernen bij celdeling en dat 

ze  pas  daarna  het  pDNA  gaan  vrijstellen.    Er moet  onderzocht  worden  of  het  gebruik  van 

chromatine‐bindende peptiden  in de  complexen, met  als doel  een betere  targeting naar het 

chromatine, binding op het chromatine en dus een efficiëntere  insluiting  in de dochterkernen, 

een positieve invloed heeft op de transfectie‐efficiëntie. 

In de experimenten zal gebruik gemaakt worden van twee soorten chromatine‐bindende 

peptiden. Een histonbindend peptide dat bepaalde motieven draagt die binden op histon2A‐

histon2B  (H2A‐H2B) dimeren. En een DNA‐bindend peptide dat bestaat uit 2 AT‐Hooks.   Deze 

motieven  binden  op  de minorgroeve  van  AT‐rijke  sequenties  in  het  DNA.  Als  pDNA  wordt 

gebruik  gemaakt  van  gWIZ‐GFP  en  pEGFP‐N1,  twee  pDNA’s  die  coderen  voor  het  groen 

fluorescent proteïne (GFP). 

In dit onderzoeksproject wordt nagegaan of deze chromatine‐bindende peptiden  in staat 

zijn om een grotere transfectie‐efficiëntie te bekomen bij HeLa‐cellen  in vergelijking met twee 

controlepeptiden,  nl.  Oligo‐D‐lysine  en  Oligo‐L‐lysine.  Er  zal  gebruik  gemaakt  worden  van 

elektroporatie om de pDNA‐complexen  in het cytosol  te  loodsen. Aangezien er vanuit gegaan 

9  

wordt dat het pDNA door mitose  in de  kern  terecht  komt  zullen de  experimenten  zowel op 

onbehandelde, als gearresteerde en gesynchroniseerde HeLa‐cellen uitgevoerd worden. Dit om 

de  transfectie‐efficiëntie  in  delende  en  niet‐delende  cellen  te  kunnen  vergelijken.  Deze 

transfectie‐efficiëntie  zal  bepaald worden  door  het meten  van  het  percentage GFP‐positieve 

cellen met de flow cytometer. 

 

   

10  

3. MATERIALEN EN METHODEN  

3.1. AANMAAK VAN COMPLEXEN 

 

3.1.1. Algemeen 

De binding tussen de kationische peptiden en het pDNA  is een  ionische  interactie. 

pDNA  is  bij  een  fysiologische  pH  negatief  geladen  door  de  aanwezigheid  van  de 

fosfaatgroepen, terwijl de peptiden bij deze pH positief geladen moleculen zijn. Er wordt 

verondersteld  dat  door  gewoon mengen  van  pDNA met  de  kationische  peptiden  er 

spontaan complexen zullen gevormd worden door elektrostatische interacties. Door een 

binding met  een  kationisch  peptide wordt  de  negatieve  lading  van  het  pDNA  teniet 

gedaan, waardoor passage doorheen het  celmembraan  gemakkelijker gemaakt wordt.  

Terzelfder  tijd  zal  dit  complex  een  extra  stabiliteit  geven  aan  het  pDNA  zowel 

extracellulair als  in het cytosol door het te beschermen tegen degradatie gekatalyseerd 

door allerlei enzymen. 

 

3.1.2. pDNA 

Er wordt  gebruik  gemaakt  van  de  plasmiden  gWIZ‐GFP  (5757  bp)  en  pEGFP‐N1 

(4700 bp) (fig. 3.1). Deze coderen beide voor het groen fluorescent proteïne (GFP). pDNA 

bestaat uit een circulaire DNA‐streng die oneindig kan gerepliceerd worden in bacteriën. 

Hiervoor bezitten pDNA’s een origin of replication site (ORI). pDNA bevat daarnaast ook 

een  gensequentie  die  codeert  voor  een  bepaalde  antibioticumresistentie.  In  dit  geval 

dragen de gebruikte gWIZ‐GFP en pEGFP‐N1 plasmiden een kanamycine‐resistentiegen. 

Dit  antibioticum  wordt  toegevoegd  aan  het  milieu  waarin  de  bacteriën  worden 

opgekweekt, zodat alleen de bacteriën die goed getransformeerd zijn met het pDNA  in 

leven blijven en verder opgekweekt worden. Beide plasmiden bevatten ook een virale 

promotor noodzakelijk voor de expressie van het GFP‐gen. Deze cytomegalovirus (CMV)‐

promotor  is  actief  in  een  groot  aantal  celtypen.  De  expressie  van  dit  GFP‐gen  kan 

11  

gedetecteerd worden met  onder  andere  flow  cytometrie,  door  de  hoeveelheid  groen 

fluorescent proteïne  in de celsuspensie te meten (GFP). Dit soort pDNA wordt gebruikt 

omdat  hiermee  snel  en  gemakkelijk  kan  gecontroleerd  worden  of  de  toegepaste 

methode het pDNA tot in de kern kan loodsen. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig 3.1: Schematische voorstelling van gWIZ‐GFP en pEGFP‐N1 plasmiden. 

3.1.3. Peptiden 

Er  wordt  gebruik  gemaakt  van  twee  chromatinebindende  peptiden:  een  DNA‐

bindend  en  een  histonbindend.  De  geconserveerde  regio’s  worden  onderlijnd. 

Het histonbindend peptide, MYFMWLRSGMIKK, bevat een bepaald motief dat bindt op 

Histon2A‐Histon2B  (H2A‐H2B)  dimeren.  Dit  motief  wordt  teruggevonden  in  IL‐33 

(interleukine‐33)  en  LANA  (Kaposi  sarcoma  herpesvirus  latency‐associated  nuclear 

antigen).  Er  werd  aangetoond  dat  de  geconserveerde  regio  (MxLRSG)  over  sterke 

chromatine‐targeting  eigenschappen  beschikt  (Roussel  et  al,  2008).  Het  gebruikte 

peptide  werd  besteld  onder  de  vorm  (KKKKKKMYFMWLRSGMIKKKKKK).  Het 

histonbindende motief werd aan beide zijden verlengd met  lysines om bij fysiologische 

pH een positief geladen peptide te bekomen zodat deze elektrostatische interacties kan 

aangaan met  het  negatief  geladen  pDNA. Het DNA‐bindend  peptide werd  ook  uit  de 

literatuur  gehaald. Het motief RPRGRPR  is de meest  geconserveerde  sequentie  in AT‐

Hooks  (Aravind  et  al.,  1998). Deze  binden  op  de minor‐groeve  van AT‐rijke  regio’s  in 

12  

DNA. Het gebruikte peptide bestaat uit  twee van deze sterk geconserveerde motieven 

omringd door  lysines (KKKKRPRGRPRKKKKRPRGRPRKKKK) om het peptide een positieve 

lading te bezorgen bij een fysiologische pH. 

Verder  wordt  ook  nog  gebruik  gemaakt  van  twee  niet‐chromatinebindende 

controlepeptides,  nl.  Oligo‐D‐lysine  en  Oligo‐L‐lysine,  die  respectievelijk  10  en  20 

aminozuren lang zijn. 

 

3.1.4. Complexen 

Er wordt gewerkt bij een fysiologische pH, wat zorgt voor een negatieve  lading bij 

pDNA en een positieve  lading bij de peptiden. Door het eenvoudig mengen  van deze 

twee zal er  spontaan complexatie optreden op basis van elektrostatische interacties. De 

complexen  worden  zowel  in  20 mM  Hepesbuffer  bij  een  pH  van  7,4  ,  als  in  water 

gemaakt. pDNA‐oplossingen met een concentratie van 1 µg/µl bestaan altijd uit 3 nmol 

negatieve ladingen per µl. Het histonbindend eiwit bestaat per molecule uit 12 positieve 

ladingen,  de  AT‐hook  uit  19  positieve  ladingen,  het  oligo‐D‐lysine  uit  10  positieve 

ladingen en het oligo‐L‐lysine uit 20 positieve ladingen. Aan de hand van de moleculaire 

gewichten van de bestelde peptiden en het aantal positieve ladingen die zij per molecule 

dragen worden bepaalde concentraties peptide‐oplossing berekend en aangemaakt om 

gemakkelijk pDNA/peptide‐complexen te kunnen maken met de juiste +/‐ ladingsratio’s. 

Door een bepaalde hoeveelheid pDNA  te mengen met verschillende concentraties van 

het positief geladen peptide, worden verschillende +/‐ ladingsratio’s verkregen. Dit is de 

verhouding  van  het  aantal  positieve  ladingen  van  de  peptiden  tegenover  het  aantal 

negatieve  ladingen  van  het  pDNA.  Bijvoorbeeld:  om  een  +/‐  ladingsratio  van  40  te 

bekomen  wordt  10  µl  van  een  20  ng/µl  pDNA‐oplossing  bij  10  µL  1/50 

peptideverdunning gebracht (Zie tabel 3.1 voor de andere ladingsratio’s). Deze oplossing 

wordt gevortext en 30 minuten geïncubeerd bij kamertemperatuur.  

   

13  

 

 

 

Ratio 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0

peptide (1/50) 5,625 6.35 6,875 7.50 8,725 8.75 9,375 10.00 µl

peptide (1/100) 2.50 3.75 5.00 6.25 7.50 8.75 10.00 µl

Hepes of water 7.50 6.25 5.00 3.75 2.50 1.25 0.00 4,375 3.75 3,125 2.50 1,875 1.25 0,625 0.00 µl

 

3.1.5. Kwaliteitscontrole 

3.1.5.1. Bepaling van deeltjesgrootte met Dynamic Light Scattering (DLS) 

Deze techniek wordt gehanteerd ter bepaling van de grootte van partikels, in dit 

geval  de  grootte  van  de  pDNA/peptide‐complexen,  met  behulp  van  de  Malvern 

Autosizer 4700. De techniek  is gebaseerd op het meten van de Brownse beweging, 

die voortkomt uit botsingen met de naburige  solventmoleculen die hen omringen. 

Hoe  groter  het  partikel,  hoe  trager  de  Brownse  beweging  zal  zijn.  De  partikels 

worden bestraald met een laser en verstrooien dit licht. Een detector die in een hoek 

van  90°  tegenover  de  lichtbron  staat  zal  hierdoor  een  bepaald 

lichtverstrooiingspatroon waarnemen. Nu de  laserstraal  invalt op een dispersie van 

bewegende deeltjes, zal de detector een fluctuatie van dit lichtverstrooiingspatroon 

waarnemen in functie van de tijd. De snelheid waarmee dit patroon verandert is dan 

een maat voor de snelheid waarmee de deeltjes bewegen en dus ook een maat voor 

de  grootte  van  de  deeltjes.  Zo  kan  de  grootte  van  de  verschillende  complexen 

bepaald worden. De metingen zijn ook gebaseerd op de viscositeit van de oplossing. 

Het is dus belangrijk dat de temperatuur constant gehouden wordt, want bij hogere 

temperaturen zal de viscositeit dalen en zullen de deeltjes sneller bewegen, wat een 

verkeerd  beeld  zou  kunnen  geven  over  de  grootte  van  de  partikels. 

De grootte van de partikels wordt berekend met volgende formule: 

     

Tabel 3.1: Aanmaak peptideverdunningen voor verschillende ladingsratio’s 

d(H)= kT/3πŋD 

d(H):Hydrodynamische diameter D: Diffusie coëfficiënt 

k: Bolttzmann’s constante T: Absolute temperatuur 

ŋ: Viscositeit 

14  

Voor  de  experimenten  in  deze master  thesis  worden  de  complexen  stofvrij 

aangemaakt  zoals  beschreven  in  onderstaande  tabel  3.2. De  aangemaakte  150 µl 

complexen  worden  onmiddellijk  gevortext  en  30  minuten  geïncubeerd.  Nadien 

wordt 850 µl water of 20mM Hepes‐buffer toegevoegd afhankelijk van het medium 

waarin ook het pDNA en de peptiden werden verdund. De stalen zijn nu klaar voor 

meting m.b.v. de Malvern Autosizer 4700. Alle complexen worden zowel in water als 

in 20mM Hepes‐buffer gemeten.  

+/‐ ladingsratio  5  10  15  20  30  40 

Peptide (1/100) (µl)  18,75  37,50  56,25  75  /  / 

Peptide (1/50) (µl)          56,25  75 

Water of 20mM Hepes (µl)  56,25  37,50  18,75  0  18,75  0 

gWIZ‐GFP (1µg/µl) (µl)  75  75  75  75  75  75 

  

 Tabel 3.2 Complexen aangemaakt voor grootte‐ en Zeta‐potentiaal‐meting. 

 

3.1.5.2. Bepaling van de oppervlaktelading door ζ‐potentiaalmeting 

De gevormde pDNA/peptide‐complexen zijn positief geladen. Hierdoor trekken 

zij  negatief  geladen  ionen  aan,  die  elektrostatisch  worden  gebonden  aan  het 

oppervlak van het geladen deeltje. Deze eerste  laag wordt de Sternlaag genoemd. 

Daarrond zal er zich een  laag  ionen bevinden die kunnen uitgewisseld worden met 

andere  ionen  uit  de  elektroneutrale  oplossing.  De  rand  van  deze  laag  wordt  de 

afschuiflaag genoemd en het  is deze  lading die zal gemeten worden. De potentiaal 

van deze laag is de ζ‐potentiaal. Er wordt gebruik gemaakt van ζ‐cellen (cuvetten met 

twee  elektroden)  om  een  stroom  te  kunnen  aanleggen  door  de  oplossing.  De 

complexen zullen dan bewegen naar de pool die de tegenovergestelde lading draagt 

als hun eigen  lading. De snelheid van beweging van de complexen  is dan een maat 

voor  de  lading.  Deze  snelheid  wordt  bepaald  op  dezelfde  manier  als  de 

groottebepaling van de complexen met de Malvern Autosizer 4700. 

 

15  

 3.1.5.3. Agarosegelelektroforese 

Elektroforese  is een  techniek waarbij  geladen deeltjes  gescheiden worden op 

basis van hun mobiliteit doorheen een medium waarover een elektrisch veld werd 

aangelegd,  in dit geval een agarosegel. De gel vormt een macromoleculair netwerk 

waarin verschillende moleculen zich op basis van grootte en  lading sneller of trager 

kunnen bewegen. Een gel  is vrij  stabiel en  zal  in normale opstandigheden niet van 

vorm of viscositeit veranderen als er een elektrisch veld wordt aangelegd. Hierdoor 

blijft de scheiding van de moleculen ongestoord. Er wordt hier opnieuw gewerkt bij 

een  fysiologische pH waardoor de pDNA‐moleculen negatief geladen zullen zijn, en 

de peptiden positief geladen. De mate van migratie naar de positieve pool  zal dus 

afhangen van de +/‐  ladingsratio’s van de complexen, maar ook van de grootte van 

de complexen omdat deze moeten migreren doorheen de poriën van de agarosegel. 

Op  deze  manier  worden  fragmenten  van  verschillende  groottes  en  lading 

gescheiden.  

 

Voor de experimenten  in deze master  thesis werd 10 µl van de aangemaakte 

complex‐oplossingen  volgens  een  bepaald  patroon  op  de  gel  geladen. 

De 1% agarosegel wordt aangemaakt door 1 g agarose op te lossen in 100 ml 1x TBE 

buffer en dit mengsel nadien op te warmen tot kooktemperatuur. Een 10x TBE buffer 

wordt  aangemaakt  door  107,8  g  Tris‐base,  55,8  g  boorzuur  en  7,4  g  EDTA  op  te 

lossen  in  1  l  gedestilleerd water. Na  afkoelen  tot  <65°C wordt  de  oplossing  in  de 

gelhouder gegoten die voorzien is van een kam die de slots zullen vormen. Eenmaal 

de gel gestold  is, wordt de kam verwijderd en wordt de gel  in een elektroforesebak 

gebracht. Nadien wordt  de  gel  overgoten met  1x  TBE  buffer  totdat  deze  volledig 

ondergedompeld is. Vooraf wordt een ladingsbuffer (50% sucrose) met een kleurstof 

(broomfenolblauw)   toegevoegd aan de stalen. De sucrose dient tot het niet vooraf 

uit  de  slots  diffunderen  van  de  stalen.  Het  broomfenolblauw  dient  enkel  om  te 

visualiseren hoever het staal al gemigreerd  is. Na afsluiten van de elektroforesebak, 

16  

legt men  een  elektrisch  veld  aan  tussen  de  elektroden  van  100V  gedurende  30 

minuten. Na de elektroforese volgt de kleuring van de gel. Hierbij wordt de gel in een 

ethidiumbromide  (EtBr)‐bad  gelegd  gedurende  30  minuten.  Nadien  wordt  de 

overmaat EtBr weggewassen door de gel te spoelen  in een gedestilleerd waterbad. 

EtBr is een planaire molecule die gaat intercaleren tussen de basen van het DNA en 

wordt daardoor veel fluorescenter. Het DNA wordt nu gevisualiseerd door de gel te 

bekijken op een UV‐lichtbak. Als controle wordt meestal ook een basenparenladder 

mee op de gel geladen. 

 

3.2. CELKWEEK  

3.2.1. Algemeen 

Cellen worden gebruikt om de transfectie‐efficiëntie met de complexen na te gaan. 

Deze cellen worden  in vitro  in  leven gehouden door ze  in een vloeibaar cultuurmedium 

te  laten  groeien  en  vermenigvuldigen.  Om  overgroei, met  als  gevolg  celmutaties  en 

celdood,  van  de  cellen  te  voorkomen  moeten  deze  tijdig  gesplitst  en  in  een  vers 

cultuurmedium  gebracht  worden.  In  deze master  thesis  wordt  gebruik  gemaakt  van 

HeLa‐cellen  (humane  cervixcarcinoomcellen),  dit  is  een  cellijn  die  in  theorie  oneindig 

blijft  delen.  De  cellen  groeien  op  de  bodem  van  polystyreen  cultuurflessen  bij  een 

temperatuur  van  37°C,  in  een milieu  van  5%  CO2  en  luchtvochtigheid  van  95%.  Het 

gebruikte  cultuurmedium bestaat uit Dulbecco’s Modified Eagle Medium  F12  (DMEM‐

F12) (Gibco Life Technologies), 10% Fetal Bovine Serum (FBS) (Gibco Life Technologies), 

2%  Penicilline/Streptomycine  oplossing  (100  IU/ml  penicilline  en  100  µg/ml 

streptomycine) en 1% 2 mM L‐glutamineoplossing. Het is van groot belang dat alles wat 

in aanraking komt met de cellen steriel wordt bereid en uitgevoerd in een Laminaire Air 

Flow (LAF)‐kast. 

   

17  

3.2.2. Uitsplitsen van cellen 

Confluentie  is een maat voor de hoeveelheid van begroeiing van een cultuurfles. 

Wanneer  een  cultuurfles  voldoende  confluent  is, moet  deze worden  uitgesplitst  over 

een  aantal  nieuwe  cultuurflessen  waar  de  cellen  opnieuw  vrij  kunnen  delen. 

Eerst wordt  het  cultuurmedium  van  een  confluente  fles  verwijderd.  De  cellen  zitten 

vastgehecht aan de bodem dus deze zullen bijgevolg ook  in de  fles blijven. Nu worden 

deze drie maal gewassen met steriele Phosphate Buffered Saline  ‐Ca/‐Mg  (PBS)  (Gibco 

Life Technologies) om resten van dode cellen te verwijderen. De cellen van een 75 cm2 

cultuurfles  worden  van  de  bodem  losgemaakt  door  toevoegen  van  3  ml  0,25% 

trypsine/EDTA oplossing  (T/E)  (Sigma), die vooraf werd gefilterd om onzuiverheden  te 

verwijderen.  De  fles  wordt  nu  5  minuten  geïncubeerd  in  de  incubator  bij  dezelfde 

condities waarin de  cellen worden  gekweekt. Nadien wordt de  trypsine  geïnactiveerd 

door toevoegen van 7 ml vers cultuurmedium (37°C). Nu kan de gewenste hoeveelheid 

celoplossing overgebracht worden  in de nieuwe  cultuurflessen en aangelengd worden 

met  het  juiste  volume  vers  medium.  De  cultuurflessen  worden  nu  opnieuw  in  de 

incubator gebracht voor verdere deling van de cellen, om na 3 à 4 dagen (afhankelijk van 

de  confluentie)  opnieuw  uitgesplitst  te  worden  of  de  cellen  te  gebruiken  voor 

experimenten. 

3.2.3. Cellen tellen 

Doordat  eenzelfde  experiment  vaak  op  verschillende  stalen  wordt  uitgevoerd 

moeten  deze  resultaten  met  elkaar  te  vergelijken  zijn.  Hiervoor  moeten  de  cellen 

uitgezaaid worden met eenzelfde dichtheid over de verschillende  stalen. Bijvoorbeeld: 

voor  de  experimenten  in  deze  master‐thesis  worden  de  cellen  uitgezaaid  in  6‐well 

platen. Hierbij worden  in  elke well  2,5  x  105  cellen  uitgezaaid  voor  de  onbehandelde 

cellen,  1,0  x  105  cellen  voor  de  gesynchroniseerde  cellen  en  4,0  x  105  cellen  voor  de 

gearresteerde  cellen.  Bij  het  gebruik  van  elektroporatie werden  1,2x106  cellen  vanuit 

één  elektroporatie‐cuvet  in  1  well  overgebracht  (zie  3.3.5).  Na  trypsinisatie  van  de 

kweekfles moeten de cellen in de suspensie geteld worden. Er wordt 50 µl celsuspensie 

18  

gemengd met 100 µl tryptaanblauw. Dit kleurt de dode cellen blauw zodat deze kunnen 

onderscheiden worden van de levende cellen, om op die manier enkel de levende cellen 

te  tellen. Een deel van deze suspensie wordt dan onder het dekglas van een  telkamer 

van Bürker gezogen. Een telkamer van Bürker telt 18 grote vierkanten die elk bestaan uit 

16 kleine hokjes. 1 groot vierkant komt overeen met 1 µl celsuspensie. Door de cellen te 

tellen  in een aantal vierkanten onder een  lichtmicroscoop kan men berekenen hoeveel 

cellen de suspensie bevat per ml. 

3.2.4. Celsynchronisatie en –arrestatie 

Cellen delen  in normale omstandigheden asynchroon  ten opzichte van elkaar. Dit 

wil zeggen dat alle cellen onafhankelijk van elkaar  in een andere  fase van de celcyclus 

kunnen verblijven. Aan de hand van celsynchronisatie en –arrestatie zal men alle cellen 

op  dezelfde  plaats  in  de  celcyclus  trachten  te  krijgen.  Zo  kunnen  deze  cellen  onder 

andere gebruikt worden in experimenten waar men onderzoekt of celdeling een invloed 

heeft op de  resultaten, dus om niet‐delende  cellen met delende  cellen  te vergelijken. 

 

Voor  de  arrestatie  van  de  HeLa‐cellen  wordt  hetzelfde  medium  zoals  eerder 

besproken  gebruikt, maar  aangevuld met  2mM  thymidine.  Het  thymidine  geeft  een 

negatieve  feedback  aan  de  nucleotide‐biosynthese, waardoor  een  tekort  aan  nieuwe 

nucleotides ontstaat. Bij de cellen die in de S‐fase van de celcyclus verblijven, of deze die 

in de S‐fase willen overgaan stopt dus de celcyclus. Na 19h wordt een grote populatie 

gearresteerde cellen bekomen die in de S‐fase verblijven of op het einde van de G1‐fase. 

Voor een gesynchroniseerde populatie  zal men nu  terug  thymidine‐vrij medium op de 

cellen brengen, waardoor de celcyclus hervat wordt. Na 9h zijn alle cellen uit de S‐fase 

en wordt opnieuw een medium met thymidine op de cellen gebracht. Aangezien er nu 

nog geen cellen in de S‐fase verblijven, zullen alle cellen zich na 17h uniform in de vroege 

S‐fase  bevinden.  Dit  noemt men  de  dubbele  thymidine  blok.  Voor  celsynchronisatie 

moeten de cellen enkele uren voor het experiment opnieuw vrijgelaten worden zodat ze 

19  

de  celcyclus  hervatten,  door  het  op  de  cellen  brengen  van  thymidine‐vrij  medium.  

 

3.3. TRANSFECTIES  

3.3.1. Soorten transfecties 

Er worden drie technieken gebruikt voor de transfecties: door de complexen vrij op 

de  cellen  te  brengen,  door  gebruik  te maken  van  lipofectamine  en  door  gebruik  te 

maken  van  elektroporatie.  Eerst worden  de  complexen  aangemaakt  in  een  LAF‐kast, 

volgens  dezelfde  bereidingswijze  beschreven  onder  3.1.4.  Per  staal  wordt  150  µl 

complex‐oplossing  aangemaakt. De  gebruikte  complexen  zijn  terug  te  vinden  in  tabel 

3.3. De transfecties met lipofectamine werden uitgevoerd met gWIZ‐GFP. De transfecties 

d.m.v. elektroporatie werden zowel met gWIZ‐GFP als met pEGFP‐N1 gedaan. 

3.3.2. pDNA 

3.1.2.1. Soorten pDNA 

Zie 3.2.1 

3.1.2.2. Kweek 

Het labo beschikt over bacteriën die getransformeerd werden met de gebruikte 

pDNA’s. Dit pDNA wordt  in grote hoeveelheden gerepliceerd  in deze bacteriën. De 

bacteriën worden  opgekweekt  in  LB‐medium  bestaande  uit  25g NaCl,  12,5g  Yeast 

extract en 25g trypton opgelost in 2500ml gedestilleerd water. Deze oplossing wordt 

nadien geautoclaveerd. Na sterilisatie en vóór het gebruik van het medium wordt het 

antibioticum kanamycine toegevoegd. Hierdoor zullen alleen de gewenste bacteriën 

in leven blijven in het medium. 

3.1.2.3. Qiagen Plasmid Giga Kit pDNA opzuivering 

De  bacteriënculturen  die  gWIZ‐GFP  of  pEGFP‐N1  bevatten  worden  in  grote 

centrifugepotten gebracht en afgecentrifugeerd zodat een bacteriële pellet bekomen 

wordt. Het supernatans wordt verwijderd en de pellet wordt geresuspendeerd in P1‐ 

20  

Tabel 3.3: Gebruikte complexoplossingen voor de verschillende experimenten. 

Experiment met vrij op de cellen brengen van complexen  Experiment met lipofectamine  Experiment dmv elektroporatie Vrij pDNA  Lipofectamine2000  Vrij pDNA Lipofecamine 2000  vrij pDNA  Lipofectamine 2000 Oligo‐D‐lysine +‐ ratio 10  vrij pDNA (met 1,5µl lipofectamine)  Oligo‐D‐Lysine +‐ratio 5 Oligo‐D‐lysine +‐ ratio 20  vrij pDNA (met 3µl lipofectamine)  Oligo‐D‐Lysine +‐ratio 10 Oligo‐L‐lysine +‐ ratio 10  Oligo‐D‐lysine +‐ ratio 10  Oligo‐D‐Lysine +‐ratio 15 Oligo‐L‐lysine +‐ ratio 20  Oligo‐D‐lysine +‐ ratio 10 (met 1,5µl lipofectamine)  Oligo‐D‐Lysine +‐ratio 20 AT‐Hook +‐ ratio 10  Oligo‐D‐lysine +‐ ratio 10 (met 3µl lipofectamine)  Oligo‐D‐Lysine +‐ratio 30 AT‐hook +‐ ratio 20  Oligo‐D‐lysine +‐ ratio 15  Oligo‐D‐Lysine +‐ratio 40 Histonbindend +‐ ratio 10  Oligo‐D‐lysine +‐ ratio 15 (met 1,5µl lipofectamine)  Oligo‐L‐Lysine +‐ratio 5 Histonbindend +‐ ratio 20  Oligo‐D‐lysine +‐ ratio 15 (met 3µl lipofectamine)  Oligo‐L‐Lysine +‐ratio 10 Controle cellen  Oligo‐D‐lysine +‐ ratio 20  Oligo‐L‐Lysine +‐ratio 15   Oligo‐D‐lysine +‐ ratio 20 (met 1,5µl lipofectamine)  Oligo‐L‐Lysine +‐ratio 20   Oligo‐D‐lysine +‐ ratio 20 (met 3µl lipofectamine)  Oligo‐L‐Lysine +‐ratio 30   Oligo‐L‐lysine +‐ ratio 10  Oligo‐L‐Lysine +‐ratio 40   Oligo‐L‐lysine +‐ ratio 10 (met 1,5µl lipofectamine)  Histonbinden +‐ratio 5   Oligo‐L‐lysine +‐ ratio 10 (met 3µl lipofectamine)  Histonbinden +‐ratio 10   Oligo‐L‐lysine +‐ ratio 15  Histonbinden +‐ratio 15   Oligo‐L‐lysine +‐ ratio 15 (met 1,5µl lipofectamine)  Histonbinden +‐ratio 20   Oligo‐L‐lysine +‐ ratio 15 (met 3µl lipofectamine)  Histonbinden +‐ratio 30   Oligo‐L‐lysine +‐ ratio 20  Histonbinden +‐ratio 40   Oligo‐L‐lysine +‐ ratio 20 (met 1,5µl lipofectamine)  AT‐Hook +‐ ratio 5   Oligo‐L‐lysine +‐ ratio 20 (met 3µl lipofectamine)  AT‐Hook +‐ ratio 10   Histonbindend +‐ ratio 10  AT‐Hook +‐ ratio 15   Histonbinden +‐ ratio 10 (met 1,5µl lipofectamine)  AT‐Hook +‐ ratio 20   Histonbindend +‐ ratio 10 (met 3µl lipofectamine)  AT‐Hook +‐ ratio 30   Histonbindend +‐ ratio 15  AT‐Hook +‐ ratio 40   Histonbindend +‐ ratio 15 (met 1,5µl lipofectamine)  Controle cellen   Histonbindend +‐ ratio 15 (met 3µl lipofectamine)      Histonbindend +‐ ratio 20      Histonbindend +‐ ratio 20 (met 1,5µl lipofectamine)      Histonbindend +‐ ratio 20 (met 3µl lipofectamine)      AT‐Hook +‐ ratio 10      AT‐Hook +‐ ratio 10 (met 1,5µl lipofectamine)      AT‐Hook +‐ ratio 10 (met 3µl lipofectamine)      AT‐Hook +‐ ratio 15      AT‐Hook +‐ ratio 15 (met 1,5µl lipofectamine)      AT‐Hook +‐ ratio 15 (met 3µl lipofectamine)      AT‐Hook +‐ ratio 20      AT‐Hook +‐ ratio 20 (met 1,5µl lipofectamine)      AT‐Hook +‐ ratio 20 (met 3µl lipofectamine)      Controle cellen

‘vrij pDNA’ in de tabel staat voor 75µl 0,02µg/µl pDNA en 75µl 20mM Hepesbuffer (finaal 150µl).‘Lipofectamine2000’ staat voor 10µl lipofectamine2000, 65µl Optimem en 75µl 0,02µg/µl pDNA. (finaal 150µl) ‘Controle cellen’ in de tabel staat voor onbehandelde, gesynchroniseerde of gearresteerde HeLa‐cellen (afhankelijk van welk experiment) waar geen complex‐oplossing aan werd toegevoegd en dient als controle om de flowcytometrie te starten.   

21  

buffer.  Na  toevoegen  van  achtereenvolgens  de  P2‐  en  P3‐buffer,  wordt  de 

bacteriële  pellet  geprecipiteerd.  Het  pDNA  bevindt  zich  in  het  supernatans,  alle 

andere celcomponenten bevinden zich  in het precipitaat. Na het affiltreren van het 

precipitaat  wordt  het  supernatans  op  een  anionuitwisselingskolom  gebracht  die 

vooraf werd  geëquilibreerd met QBT‐buffer. Het  pDNA wordt weerhouden  op  de 

kolom, maar ook negatief geladen peptiden, RNA en metabolieten blijven achter op 

de kolom. Deze worden weggewassen met de QC‐buffer. Eenmaal al deze storende 

componenten zijn weggewassen wordt het pDNA van de kolom geëlueerd met QF‐

buffer. Er wordt isopropanol toegevoegd aan het eluaat. Dit zorgt voor het neerslaan 

van  het  pDNA,  de  zouten  blijven  echter  in  oplossing.  Deze  oplossing  wordt 

gecentrifugeerd  en  na  centrifugatie wordt  de  pellet  nogmaals  gewassen met  een  

70%  ethanoloplossing  om  resten  van  overtollige  zouten  te  verwijderen.  Na 

centrifugatie en weghalen van het supernatans wordt het pDNA 10 tot 20 minuten 

gedroogd aan de  lucht om nadien opgelost te worden  in een geschikte hoeveelheid 

Hepesbuffer. 

3.1.2.4. Concentratiebepaling 

De  concentratie  van  de  bekomen  pDNA‐oplossing wordt  spectrofotometrisch 

bepaald. De meting wordt uitgevoerd ten opzichte van een blanco (Hepesbuffer)  in 

UV‐cuvetten, dit bij een golflengte van 260 nm, omdat een densiteit van 1,000 bij 

260  nm  overeenkomt met  50  µg/ml  dubbelstrengig  DNA.  Op  die manier  kan  de 

concentratie van het pDNA berekend worden. De absorptie wordt ook bekeken bij 

een golflengte van 280 nm om de zuiverheid te bepalen. Het staal kan als voldoende 

zuiver  beschouwd  worden  als  de  verhouding  van  de  absorptie  bij  260  nm  ten 

opzichte van de absorptie bij 280 nm tussen 1,8 en 2,0 ligt. 

3.3.3. Transfectie door vrije opname van pDNA/peptide‐complexen 

De  HeLa‐cellen  worden  vooraf  uitgezaaid  op  6‐well  platen  (Zie  3.1.3  uitzaaiing‐

concentratie). De 150 µl gWIZ‐GFP/peptide‐complexen (zie tabel 3.3) gemengd met 1350 

µl Optimem worden bovenop de cellen gebracht en 24h geïncubeerd bij 37°C, 5% CO2 en 

22  

95% luchtvochtigheid. Na 24h en 48h worden de cellen gewassen met PBS (‐Ca/‐Mg) en 

voorbereid voor flow cytometrie (zie 3.6). 

3.3.4. Transfectie met tertiaire complexen 

Het gebruikte lipofectamine 2000 is een transfectie‐reagent dat gebruikt wordt om 

cellen in vitro te transfecteren met siRNA of pDNA door middel van lipofectie. Lipofectie 

is  een methode  om  genetische materiaal  in  de  cel  te  brengen  gebruik makende  van 

liposomen. Het lipofectamine vormt vesikels met de complexen waarvan de buitenzijde 

qua samenstelling gelijkaardig is met die van het celmembraan. Als gevolg hiervan zullen 

de vesikels samensmelten met het celmembraan en zijn inhoud in de cel loodsen. 

De  gebruikte  complexen  worden  weergegeven  in  tabel  3.3.  De  pre‐complexen 

worden  in  drievoud  (3x150  µl)  aangemaakt,  waarna  tertiaire  complexen  met 

verschillende  hoeveelheden  lipofectamine  worden  gevormd:  een  complex‐oplossing 

waaraan geen lipofectamine2000 wordt toegevoegd en 2 complex‐oplossingen waaraan 

respectievelijk  1,5  µl  en  3  µl  lipofectamine2000 wordt  toegevoegd. Deze  oplossingen 

worden  in 1350 µl Optimem bovenop de cellen gebracht, die vooraf uitgezaaid werden 

in 6‐well platen (Uitzaaiingsconcentratie zie 3.1.3). De 6‐well platen worden 24h en 48h 

geïncubeerd bij 37°C, 5% CO2 en 95%  luchtvochtigheid. Na 24h en na 48h worden de 

stalen voorbereid voor flow cytometrie (zie 3.6). De transfectie‐efficiëntie wordt bepaald 

bij onbehandelde, gearresteerde en gesynchroniseerde HeLa‐cellen. 

3.3.5. Transfectie d.m.v. elektroporatie 

Elektroporatie  is een  techniek die door het aanleggen van een extern elektrische 

veld  een  verhoging  van  de  elektrische  geleiding  en  de  permeabiliteit  van  het 

celmembraan als gevolg heeft. Het is een methode om extracellulaire partikels in de cel 

te  brengen.  De  elektroporatiecondities  moeten  zodanig  gekozen  worden  dat  na 

introductie van de extracellulaire partikels het celmembraan zich spontaan hersteld en 

dat de schade aan de cellen zoveel mogelijk beperkt blijft. 

23  

De elektroporatie bij HeLa‐cellen wordt uitgevoerd bij 260 V en 850 µF gedurende ± 

30 msec. De gevormde complexen (150 µl) (zie tabel 3.3) worden gemengd met 250 µl 

Optimem (Optimem met 2mM thymidine bij gearresteerde cellen) waarin 1,2x106 cellen 

gesuspendeerd zitten. Deze suspensie wordt nadien in elektroporatie‐cuvetten gebracht 

en geëlektroporeerd. Na elektroporatie wordt de suspensie overgebracht in 15ml tubes, 

gewassen  met  PBS  (+Ca/+Mg)  en  gecentrifugeerd.  De  bekomen  pellet  wordt 

geresuspendeerd in het juiste medium en uitgezaaid in een 6‐well plaat. Waarna het 24h 

en 48h zal incuberen bij 37°C, 5% CO2 en 95% luchtvochtigheid om dan geanalyseerd te 

worden m.b.v. flow cytometrie. 

 

3.4. XENOPUS SPERMA CHROMATINE BINDING 

 

Sperma  chromatine  afkomstig  van  Xenopus  laevis  of  de  klauwkikker wordt  in  het 

onderzoek  van  deze  master  thesis  gebruikt  om  de  bindingscapaciteit  van  de  gebruikte 

peptiden  te  bestuderen.  Alle  pDNA/peptide‐complexen  in  dit  experiment  werden 

aangemaakt met een ladingsratio 10 in water. Het pDNA werd gelabeld met fluoresceïne (zie 

3.6.1). Vooreerst werd 20 µl cytosolisch extract van Xenopus‐oöcyten gemengd met 0,6 µl 

Xenopus  sperma  chromatine.  Deze  oplossing  wordt  10  minuten  geïncubeerd  bij  20°C. 

Nadien  wordt  1  µl  van  een  complexverdunning  van  1:10  in  water  toegevoegd  aan  de 

oplossing en 20 minuten geïncubeerd bij 20°C. Hierna voegt men nog 1µl DAPI toe die het 

chromatine  fluorescent  maakt.  Hiervan  wordt  dan  5  µl  bestudeerd  onder  een 

fluorescentiemicroscoop  en worden  het  aantal  complexen  gebonden  op  het  chromatine 

geteld. 

3.4.1. Miruslabeling 

Voor  deze  labeling  wordt  gebruik  gemaakt  van  de  Mirus  label  IT  Nucleic  Acid 

labeling kit. Het  is een niet‐enzymatische, niet‐destructieve methode die zorgt voor de 

covalente  hechting  van  labels  op  nucleïnezuren  waarmee  elk  type  DNA  of  RNA  kan 

24  

gelabeld worden.  In de eerste stap wordt 120 µl RNAse vrij water gemengd met 20 µl 

10x labeling buffer A, 40 µl 1 µg/µl pDNA en 20 µl Label IT reagent. Deze oplossing wordt 

overnacht geïncubeerd en beschermd van het licht. De dag nadien volgt de opzuivering 

m.b.v.  microspinkollometjes.  De  concentratie  is  nu  maximaal  0,2  µg/µl. 

 

3.4.2. DAPI 

4’,6‐diamidino‐2‐fenylindool  (DAPI)  is een  fluorescente merker die sterk bindt aan 

DNA‐moleculen.  DAPI  wordt  onder  de  fluorescentiemicroscoop  geëxciteerd  met 

ultraviolet  licht. Het heeft een emissie van blauw  licht, waardoor het  in één  staal kan 

gecombineerd  worden  met  andere  fluorescente  moleculen  zoals  fluoresceïne  in  dit 

experiment. DAPI kan zowel bij dode als  levende cellen aan het DNA binden en wordt 

vandaar als toxisch en mutageen beschouwd. 

 

3.5. FLOW CYTOMETRIE 

 

Flow cytometrie  is een techniek waarmee men de eigenschappen van elk partikel  in 

een  staal  individueel  kan  onderzoeken.  Omdat  de  flow  cytometer  niet  zomaar  in  een 

driedimensionale  ruimte  alle  partikels  kan  detecteren  moeten  zij  apart  bij  de  detector 

gebracht worden. Dit gebeurt via het fluidics systeem. Het staal bevindt zich in een centrale 

ruimte waarlangs de sheathbuffer vloeit. Doordat de sheathbuffer een veel grotere snelheid 

heeft dan het staal ontstaat er een  trekkracht van de buffer op het staal waardoor er een 

enkelvoudige rij van partikels gevormd wordt, die zo apart kunnen worden gedetecteerd. Dit 

effect wordt hydrodynamisch  focussen  genoemd. Het  staal wordt bestraald met een  laser 

waardoor de partikels op hun beurt het  licht zullen verstrooien. Als de partikels fluoroforen 

bevatten  komt  emissie  voor  na  excitatie. Op  deze manier  kunnen  eigenschappen  van  de 

partikels  bepaald worden.  Licht  dat  voorwaarts  verstrooid  en  gedetecteerd wordt  zal  een 

maat zijn voor de grootte van de partikels en kan ook gebruikt worden om onderscheid  te 

maken tussen cellulair afval en  levende cellen. Licht dat gedetecteerd wordt over een hoek 

25  

van 90° ten opzichte van de lichtbron noemt men de side scatter. Deze geeft informatie over 

de granulariteit van de partikels. Zowel de forward scatter als de side scatter zijn uniek voor 

elke  cel,  de  combinatie  van  de  twee  kan  gebruikt worden  om  verschillende  celtypes  van 

elkaar  te  onderscheiden.  Fluorecentiemetingen  geven  kwantitatieve  en  kwalitatieve 

informatie over de  cellen.  Zo  kan de mate  van  transfectie  en het  aantal  getransfecteerde 

cellen bepaald worden met deze techniek. Het emissie‐licht dat wordt doorgelaten naar de 

detector wordt geselecteerd door een aantal optische filters. De fotodetector werkt door het 

opgewekt worden van een kleine stroom als deze bestraald wordt met  fotonen. Hoe meer 

licht op de detector valt, hoe groter de stroom en dus ook hoe groter het detectiesignaal zal 

zijn. 

In de experimenten van deze master thesis worden de stalen voorbereid uit de 6‐well 

platen zoals besproken onder 3.3. Deze platen worden getrypsiniseerd na 24h en 48h met 

500  µl  0,25%  trypsine/EDTA,  nadien  worden  de  platen  5  minuten  geïncubeerd  in  de 

incubator waarin ook de cellen bewaard worden. Nu de cellen  los zijn van de bodem wordt 

2000  µl  van  het  gepaste medium  (met  of  zonder  thymidine,  afhankelijk  van wel  of  niet 

gearresteerde  cellen)  aan  elke  well  toegevoegd.  1500  µl  vanuit  elke  well  wordt  nu 

overgebracht  in  1500  µl‐epjes  en  de  6‐well  plaat  met  de  resterende  cellen  wordt  na 

toevoegen van 1 ml extra medium terug in de incubator gebracht. Hierna wordt de oplossing 

gecentrifugeerd  met  een  vaste  pellet  van  cellen  als  gevolg.  Het  medium  wordt  nu 

weggenomen en vervangen door 300 µL flowbuffer. M.b.v. flow cytometrie wordt per staal 

het  percentage  GFP‐positieve  cellen,  alsook  de  gemiddelde  expressie  van  GFP  per  cel 

verkregen. 

 

3.6. CONFOCALE LASER SCANNING MICROSCOPIE 

 

Coherent  licht van de  laser valt in op een dichroïsche spiegel en wordt gereflecteerd 

naar een objectieflens. Op die manier scant men het staal met de laserpunt in verschillende 

focale vlakken. Fluorescent  licht geëmiteerd door het staal, vanuit dezelfde  focale vlakken 

26  

waar  de  laser  het  staal  exciteert, worden  terug  door  de  dichroïsche  spiegel  gestuurd  en 

worden gefocust als een confocaal punt aan het diafragma bij de detector. De dichroïsche 

spiegel laat dit emissielicht door, omdat de emissiegolflengte groter is dan de cut‐off van de 

spiegel.  Dit  fenomeen  treedt  enkel  op  als  er  fluoroforen  in  het  staal  aanwezig  zijn  die 

kunnen geëxciteerd worden door die specifieke golflengte van de laser. Het licht dat niet in 

focus is, dus het emissielicht uit hogere of lagere focale vlakken, wordt tegengehouden door 

het diafragma.  

 

3.6.1. Tokaï Hit stage top incubator 

De  tokaï hit  is een kleine  incubator die op de microscoop geplaatst kan worden.  In de 

tokaï hit kunnen de cellen in leven gehouden worden in een milieu van 5% CO2, bij 37°C 

en een  luchtvochtigheid van 95%. Dankzij de Tokaï hit kan aan  live cell  imaging gedaan 

worden. Men kan gedurende een aantal uur de verandering in levende cellen filmen en 

bestuderen onder een microscoop. 

   

27  

4. RESULTATEN EN DISCUSSIE  

4.1. KARAKTERISATIE VAN PDNA/PEPTIDE COMPLEXEN 

4.1.1. Aanmaak complexen 

Oligo‐D‐lysine,  Oligo‐L‐lysine,  het  DNA‐bindend  en  het  histonbindend  peptide 

worden  elk  apart  gecomplexeerd met  het  pDNA  gWIZ‐GFP  volgens  verschillende  +/‐ 

ladingsratio’s  zoals beschreven  in 3.1.4. Voorafgaand aan de  transfectie‐experimenten 

worden deze complexen gecontroleerd op grootte,  lading en maat van complexatie en 

decomplexatie in verschillende media. 

4.1.2. Maat van complexatie a.d.h.v. gelelektroforese 

Om de maat van complexatie van de verschillende peptiden met het pDNA na  te 

gaan worden de complexen onderworpen aan gelelektroforese. De migratielengte van 

het  mengsel  van  de  peptiden  en  het  pDNA  in  de  gel  is  dan  een  maat  voor  de 

complexatie‐sterkte.  De  gel werd  als  volgt  geladen  van  links  naar  recht:  1kb  ladder; 

pDNA/peptidecomplex met  ladingsratio 0 (vrij pDNA); 0,25; 0,5; 1; 2,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 

15;  17,5;  20;  25;  30;  1kb  ladder.  De  pDNA/oligo‐D‐lysine  complexen  blijven  vanaf 

ladingsratio  5 in de slots zitten en pDNA/oligo‐L‐lysine complexen vanaf ladingsratio 7,5. 

We kunnen dus stellen dat er vanaf ladingsratio’s 5 en 7,5 van respectievelijk de pDNA/ 

oligo‐D‐lysine  en  pDNA/oligo‐L‐lysine  stabiele  complexen  worden  gevormd.    De 

pDNA/chromatine‐bindende peptide‐complexen migreren niet meer uit de  slots  vanaf 

ladingsratio 2,5 (foto 5.1). Ze kunnen bij deze ladingsratio dan ook als stabiel beschouwd 

worden. 

 

   

   

 Foto 5.1 Agarosegel van pDNA/histonbindend peptide‐mengsels met verschillende +/‐ ladingsratio’s 

28  

4.1.3. Deeltjesgrootte a.d.h.v. DLS 

Voor dit experiment worden de complexen stofvrij aangemaakt met  ladingsratio’s  

5,  10,  15,  20,  30  en  40  zoals  beschreven  onder  3.1.4.1. 

Vanuit de grafieken 5.1, 5.3 en 5.4 kan gesteld worden dat de complexen met oligo‐D‐

lysine,  het  DNA‐bindend  en  het  histonbindend  peptide  kleiner  zijn  als  deze  in water 

aangemaakt worden. Wat bij oligo‐L‐lysine niet voor alle ladingsratio’s geldt (grafiek 5.2).  

Er  zal  voor  verdere  experimenten  in  deze master  thesis  enkel  nog  gebruik  gemaakt 

worden van complexen aangemaakt in water.  

Er kan gezegd worden dat complexen met het DNA‐bindend en het histonbindend 

peptide gemiddeld veel kleiner zijn dan die met oligo‐D‐ en oligo‐L‐lysine. Een oorzaak 

van de hoge waarden bij oligo‐D‐lysine zou kunnen zijn dat dit peptide 10 AZ’en  lang  is 

met slechts 10 positieve ladingen en bijgevolg te klein is om bij lage ladingsratio’s pDNA 

te complexeren. 

De  grafieken  tonen  zoals  verwacht  bij  een  hogere  ladingsratio  een  lagere 

complexgrootte.  Dit  komt  doordat  het  aantal  peptiden  en  dus  het  aantal  positieve 

ladingen  stijgt,  waardoor  het  negatief  geladen  pDNA  compacter  kan  gecomplexeerd 

worden. 

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

1400.00

1600.00

5 10 15 20 30 40

Grootte (n

m)

+/‐ ladingsratio

Grootte Oligo‐D‐lysine

Grootte Oligo‐D‐Lysine Hepes

Grootte Oligo‐D‐lysine Water

 . 

  

Grafiek 5.1 Grootte van pDNA/peptide‐complexen met oligo‐D‐lysine aangemaakt in water of hepesbuffer

29  

0.00200.00400.00

600.00800.001000.00

1200.001400.001600.00

1800.00

5 10 15 20 30 40

Grootte (n

m)

+/‐ ladingsratio

Grootte Oligo‐L‐lysine

Grootte Oligo‐L‐Lysine Hepes

Grootte Oligo‐L‐lysine Water

   

Grafiek 5.2 Grootte van pDNA/peptide‐complexen met oligo‐L‐lysine aangemaakt in water of hepesbuffer.

  

  

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

5 10 15 20 30 40

Grootte (n

m)

+/‐ ladingsratio

Grootte histonbindend peptide

Grootte Histondbindend peptide Hepes

Grootte Histonbindend peptide Water

  

Grafiek 5.3 Grootte van pDNA/peptide‐complexen met het histonbindend peptide aangemaakt in water of hepesbuffer. 

30  

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

5 10 15 20 30 40

Grootte (n

m)

+/‐ ladingsratio

Grootte DNA‐bindend peptide

Grootte DNA‐bindend peptide Hepes

Grootte DNA‐bindend peptide Water

  

Het probleem bij deze stalen is dat zij een zekere polydispersiteit vertonen waardoor de  

 

Grafiek 5.4 Grootte van pDNA/peptide‐complexen met het DNA‐bindend peptide aangemaakt in water of hepesbuffer. 

Het  probleem  bij  deze  stalen  is  dat  zij  een  zekere  polydispersiteit  vertonen, 

waardoor de metingen uit elkaar lopende resultaten opleveren. De herhaalbaarheid van 

het  aanmaken  van  complexen met  exact  dezelfde  grootte  is  helemaal  niet  goed.  Zo  

wordt bijvoorbeeld een gemiddelde grootte bij het pDNA/oligo‐D‐lysine‐complex met +/‐ 

ladingsratio 30 van 610,40 nm gemeten, deze complexen werden  later opnieuw bereid 

met  net  dezelfde methode  onder  net  dezelfde  condities waarna we  een  gemiddelde 

grootte van 164,9nm bekomen. Hieruit kan geconcludeerd worden dat de aangemaakte 

complexen zo variabel zijn dat de grootte moeilijk uniform te bepalen is. En dat sommige 

pDNA‐moleculen meer peptiden zullen binden dan andere. 

 

4.1.4. ζ‐potentiaal 

Voor  de  meting  van  de  ζ‐potentiaal  worden  dezelfde  stalen  gebruikt  zoals 

beschreven onder 5.1.3. Omdat het negatief geladen pDNA gecomplexeerd wordt met 

een  aantal  positief  geladen  peptiden  volgens  positieve  +/‐  ladingsratio’s  wordt  een 

positieve ζ‐potentiaal verwacht. 

 

31  

 

De resultaten worden hieronder samengevat in grafieken 5.5, 5.6, 5.7, 5.8. Er kan 

gesteld worden dat alle stalen positief geladen zijn. De verwachte stijgende trend van de 

potentiaal volgens stijgende +/‐ ladingsratio’s is echter alleen in grafieken 5.5 en 5.6 te 

zien. Ook worden grote foutenbalken bekomen, wat opnieuw duidt op een slechte 

herhaalbaarheid van de aanmaak van complexen.  Hieruit kan opnieuw afgeleid worden 

dat sommige pDNA‐moleculen meer peptiden zullen complexeren dan andere.  

De ζ‐potentiaal ligt bij de pDNA/peptide‐complexen in hepesbuffer ook duidelijk lager 

dan in water. Dit komt doordat de hepesbuffer de ladingen van de pDNA/peptide‐

complexen afschermt. 

 

 

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

5 10 15 20 30 40

ζ‐po

tentiaal (m

V)

+/‐ ladingsratio

ζ‐potentiaal oligo‐D‐lysine

Zeta‐potentiaal oligo‐D‐lysine Hepes

Zeta‐potentiaal oligo‐D‐lysine Water

  

Grafiek 5.5 ζ‐potentiaal van pDNA/peptide‐complexen met oligo‐D‐lysine aangemaakt in water of hepesbuffer. 

32  

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

5 10 15 20 30 40

ζ‐po

tentiaal (m

V)

+/‐ ladingsratio

ζ‐potentiaal Oligo‐L‐lysine

Zeta‐potentiaal Oligo‐L‐Lysine Hepes

Zeta‐potentiaal Oligo‐L‐lysine Water

    

Grafiek 5.6 ζ‐potentiaal van pDNA/peptide‐complexen met oligo‐L‐lysine aangemaakt in water of hepesbuffer. 

  

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

5 10 15 20 30 40

ζ‐po

tentiaal (m

V)

+/‐ ladingsratio

ζ‐potentiaal histonbindend peptide

Zeta‐potentiaal histonbindend peptide Hepes

Zeta‐potentiaal histonbindend peptide Water

  

Grafiek 5.7 ζ‐potentiaal van pDNA/peptide‐complexen met het histonbindend peptide aangemaakt in water of  hepesbuffer. 

33  

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

5 10 15 20 30 40

ζ‐po

tentiaal (m

V)

+/‐ ladingsratio

ζ‐potentiaal DNA‐bindend peptide

Zeta‐potentiaal AT‐Hook Hepes

Zeta‐potentiaal AT‐Hook Water

  

  

Grafiek 5.8 ζ‐potentiaal van pDNA/peptide‐complexen met het DNA‐bindend peptide aangemaakt in water of  hepesbuffer. 

  

 4.2. XENOPUS CHROMATINE BINDING 

 Dit experiment (zie 3.5) wordt uitgevoerd om te achterhalen welk van de vier gebruikte 

peptiden, gecomplexeerd met pDNA, het best aan het chromatine zal binden. 

Uit de resultaten (grafiek 5.9) kan afgeleid worden dat de pDNA/oligo‐L‐lysine‐complexen de 

grootste affiniteit hebben voor Xenopus chromatine, gevolgd door de complexen op basis 

van het DNA‐bindend peptide, oligo‐D‐lysine en tenslotte het histonbindend peptide dat het 

minst  affiniteit  vertoont. Dat  ze  allemaal  kunnen  binden  is  logisch,  omdat  de  complexen 

positief geladen zijn en het chromatine netto negatief geladen is (foto 5.2). 

 

De   resultaten van de verschillende pDNA/peptide‐complexen mogen echter niet met 

elkaar vergelen worden, omdat de complexen niet dezelfde grootte en  lading hebben. Het 

beter  binden  van  de  pDNA/oligo‐L‐lysine‐complexen  kan  te  maken  hebben  met  de 

polydispersiteit van deze oplossing. De grotere en meer positief geladen complexen zullen 

34  

sneller  en  beter  binden met  het  chromatine  dan  de  kleinere  en minder  positief  geladen 

complexen. Ook kan een bepaalde soort pDNA/peptide‐complexen meer interactie vertonen 

met  andere  moleculen  in  het  cytosolisch  extract  in  vergelijking  met  een  andere  soort 

pDNA/peptide‐complexen, wat opnieuw een verkeerd beeld zou geven over de affiniteit van 

die bepaalde complexen voor het chromatine. Complexatie kan ook de beschikbaarheid van 

het  chromatine‐bindend motief  negatief  beïnvloeden. De  reden  dat    complexen met  het 

histonbindend peptide hier zo slecht scoren kan zijn omdat het Xenopus chromatine nog te 

weinig  histoneiwitten  bevat.  Xenopus  chromatine  bevat  slechts  vanaf  een  bepaalde 

decondensatiegraad  histoneiwitten.  In  dit  experiment  is  het  chromatine  nog  te  weinig 

gedecondenseerd  voor  binding  met  histonbindende  peptiden  (Barbera  et  al.,  2006). 

Er  zijn  dus  tal  van  factoren  die  meespelen  in  dit  experiment  die  moeilijk  kunnen 

gecontroleerd worden. Daarom kan er op basis van dit experiment geen besluit getrokken 

worden welke pDNA/peptide‐complexen het best zullen binden op chromatine. 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

oligo‐D‐lysine oligo‐L‐lysine AT‐hooks histonbindend

>15

11‐15

7‐10

3‐6

2

1

0

 Grafiek 5.9 Het aantal pDNA/peptide‐complexen (voor de 4 verschillende peptiden: oligo‐D‐lysine, oligo‐L.‐

lysine, DNA‐bindend peptide, histonbindend peptide) gebonden aan het chromatine. Deze aantallen werden in klassen ingedeeld: 0, 1, 2, 3‐6, 7‐10, 11‐15 en >15 gebonden. Op de verticale as wordt het percentage 

chromatine weergegeven.  

 

35  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Foto 5.2: Links: blauw DAPI‐gelabeld Xenopus chromatine met groene fluoresceïne‐gelabelde 

pDNA/histonbindend peptide complexen. Rechts: blauw DAPI‐gelabeld Xenopus chromatine met groene 

fluoresceïne‐gelabelde pDNA/oligo‐D‐lysine complexen. 

 

4.3. NAGAAN SYNCHRONISATIE VAN HELA‐CELLEN 

 

De celsynchronisatie werd uitgevoerd zoals beschreven onder 3.1.4. Nadien werden de 

cellen opgevolgd a.d.h.v. live cell imaging met de confocale microscoop. Op die manier werd 

waargenomen dat alle cellen delen tussen de 20 en 25h nadat de dubbele thymidine blok 

werd opgeheven. 

 

4.4. OPNAME VAN COMPLEXEN DOOR HELA‐CELLEN 

 

4.4.1. Opname van de complexen 

De  stalen  werden  aangemaakt  zoals  beschreven  onder  3.3.3  en  daarna 

onderworpen aan flow cytometrie. 

 

Uit de flow resultaten kunnen we afleiden dat de pDNA/peptide‐complexen niet tot 

in  de  kern  geraken.  Enkel  de  controle  stalen  met  lipofectamine2000  die  lipoplexen 

gevormd  hebben  met  het  vrij  pDNA  geven  zoals  verwacht  een  positief  resultaat. 

36  

Het  feit dat de  cellen niet worden  getransfecteerd door de pDNA/peptide‐complexen 

gewoon op de cellen te brengen kan allerlei verschillende verklaringen hebben. Het kan 

zijn dat er helemaal geen endocytose optreedt, of dat de pDNA/peptide‐complexen niet 

kunnen onstnappen uit de gevormde endosomen. Er kan eventueel d.m.v. microscopie 

gecontroleerd worden of de pDNA/peptide‐complexen  in de cel  terecht komen. Het  is 

ook mogelijk dat de pDNA/peptide‐complexen in het cytoplasma uiteen vallen en dat het 

pDNA hierna wordt afgebroken. 

 

  

20

25

 

0

5

10

15

cellen

Transfectie Hela‐cellen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4.2. Controle van complexatie in verschillende media 

Nog een andere hypothese voor de negatieve  transfectie‐resulaten uit 5.4.1,  is dat de 

pDNA/peptide‐complexen  terug  uit  elkaar  vallen  in  het medium waarmee  ze  aan  de 

cellen  worden  toegediend,  dus  vóór  ze  door  de  cellen  zouden  kunnen  opgenomen 

worden. 

Deze mogelijkheid  wordt  getest  door  dezelfde  complexen  zoals  in  5.1.2  éénmaal  te 

bereiden  in Optimem  (geladen  in de bovenste rij van gel 5.4), en éénmaal  in serumvrij 

% getransfecteerde 

Transfectie na 24h

Transfectie na 48h

Grafiek 5.10 Percentage GFP‐positieve HeLa‐cellen 24h en 48h na transfectie met vrij gWIZ‐GFP, gWIZ‐GFP‐lipoplexen en gWIZ‐GFP/peptide‐complexen. 

37  

DMEM‐F12 (geladen  in de onderste rij van gel 5.4) en deze op dezelfde manier op een 

1%  agarosegel  te  laden.  Dit  werd  gedaan  voor  de  complexen  op  basis  van  het 

histonbindend peptide. 

Als de resultaten van deze gel nu vergeleken wordt met gel 5.3 uit 5.1.2., zien we 

geen  verschil  (gel  5.4). Hieruit  kan  besloten worden  dat  de  pDNA/peptide‐complexen 

niet uiteenvallen in de media gebruikt voor celtransfecties. 

 

 

 

Foto 5.4 Agarosegel van pDNA/histonbindend peptide‐mengsels met dezelfde +/‐ ladingsratio’s als bij 5.1.2, op dezelfde manier geladen als 5.1.2. Bovenste rij toont de complexen gesuspendeerd in 

Optimem, onderste rij zijn complexen gesuspendeerd in DMEM‐F12. 

4.5. TRANSFECTIES MET TERTIAIRE PDNA‐COMPLEXEN 

 

De  stalen worden  aangemaakt  zoals  besproken  onder  3.3.  Elk  staal wordt  echter  in 

drievoud  aangemaakt.  Een  complex‐oplossing  waar  geen  lipofectamine2000  wordt  aan 

toegevoegd  en  2  complex‐oplossingen  waaraan  respectievelijk  1,5  µl  en  3  µl 

lipofectamine2000  wordt  toegevoegd.  De  transfectie‐effeciëntie  wordt  bepaald  bij 

onbehandelde,  gearresteerde  en  gesynchroniseerde  HeLa‐cellen  m.b.v.  flow  cytometrie. 

De percentages GFP‐positieve cellen van alle stalen worden samengevat  in grafieken 5.11, 

5.12 en 5.13. 

38  

Zoals eerder  al  gezien onder 5.4.1  kunnen de  complexen niet uit  zichzelf  in de  kern 

migreren,  dit  kan  hier  opnieuw  afgeleid worden  uit  grafiek  5.11, waarop  de  stalen  een 

verwaarloosbare transfectie‐efficiëntie vertonen. 

Wat  direct  opvalt  in  de  resultaten  van  de  complexen met  lipofectamine,  is  dat  de 

transfectie van de  lipoplexen met vrij pDNA bij onbehandelde cellen veel hoger  ligt dan de 

transfectie met de pDNA/peptide‐complexen  (grafiek 5.12 en 5.13). Dit zou kunnen wijzen 

op een eventuele trage degradatie van de pDNA/peptide‐complexen waardoor onvoldoende 

pDNA wordt vrijgesteld om de cel te transfecteren. 

Het wordt ook duidelijk dat de  complexen een efficiënte celdeling nodig hebben om 

het pDNA in de kern te loodsen. De gearresteerde cellen, waar de celcyclus stil ligt, vertonen 

immers een verwaarloosbare transfectie, terwijl het percentage getransfecteerde cellen bij 

de  gesynchroniseerde  stalen  gemiddeld  50%  hoger  ligt  dan  bij  de  onbehandelde  cellen 

(grafiek 5.12 en 5.13). Bij de tertiaire complexen met 1,5 µl lipofectamine wordt vastgesteld 

dat vooral het DNA‐bindend peptide goed scoort, gevolgd het histonbindend peptide, oligo‐

D‐lysine  en  oligo‐L‐lysine.  In  de  complexen  met  3  µl  lipofectamine  wordt  maar  weinig 

verschil gezien in transfectie‐efficiëntie tussen de verschillende pDNA/peptidecomplexen. 

 

 

 

 

00.51

1.52

2.53

3.54

4.55

vrij pD

NA

Oligo‐D‐lysine

 +‐ratio 10

Oligo‐D‐lysine

 +‐ratio 15

Oligo‐D‐lysine

 +‐ratio 20

Oligo‐L‐lysine

 +‐ratio 10

Oligo‐L‐lysine

 +‐ratio 15

Oligo‐L‐lysine

 +‐ratio 20

Histonb

inde

nd +‐ratio 10

Histonb

inde

nd +‐ratio 15

Histonb

inde

nd +‐ratio 20

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 10

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 15

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 20

Onb

ehande

lde cellen

% getransfecteerde cellen

Transfectie met pDNA/peptide‐complexen zonder lipofectamine

% expressie onbehandelde cellen na 24h

% expressie onbehandelde cellen na 48h

% expressie gearresteerde cellen na 24h

  % expressie gearresteerde cellen na 48h

% expressie gesynchroniseerde cellen na 24h

 

% expressie gesynchroniseerde cellen na 48h 

 

 

39  

Grafiek 5.11 Percentage GFP‐positieve HeLa‐cellen zonder het gebruik van lipofectamine 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

05101520253035404550

vrij pD

NA

Oligo‐D‐lysine

 +‐ratio 10

Oligo‐D‐lysine

 +‐ratio 15

Oligo‐D‐lysine

 +‐ratio 20

Oligo‐L‐lysine

 +‐ratio 10

Oligo‐L‐lysine

 +‐ratio 15

Oligo‐L‐lysine

 +‐ratio 20

Histonb

inde

nd +‐ratio 10

Histonb

inde

nd +‐ratio 15

Histonb

inde

nd +‐ratio 20

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 10

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 15

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 20

Onb

ehande

lde cellen

% getransfecteerde cellen

Transfectie met pDNA/peptide complexen met 1,5µllipofectamine

 

% expressie onbehandeldena 24h

 cellen 

% expressie onbehandeldena 48h

 cellen 

% expressie gearrestna 24h

eerde cellen 

% expressie gearrestna 48h

eerde cellen 

% expressie cellen na 24h

gesynchroniseerde 

% expressie cellen na 48h

gesynchroniseerde 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

01020304050607080

vrij pD

NA

Oligo‐D‐lysine

 +‐ratio 10

Oligo‐D‐lysine

 +‐ratio 15

Oligo‐D‐lysine

 +‐ratio 20

Oligo‐L‐lysine

 +‐ratio 10

Oligo‐L‐lysine

 +‐ratio 15

Oligo‐L‐lysine

 +‐ratio 20

Histonb

inde

nd +‐ratio 10

Histonb

inde

nd +‐ratio 15

Histonb

inde

nd +‐ratio 20

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 10

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 15

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 20

Onb

ehande

lde cellen

% getransfecteerde cellen

Transfectie met pDNA/peptide complexen met 3µl Lipofectamine

% expressie onbehandelde cellen na 24h

% expressie onbehandelde cellen na 48h

% expressie gearresteerde cellen na 24h

% expressie gearresteerde cellen na 48h

% expressie gesynchroniseerde cellen na 24h

% expressie gesynchroniseerde cellen na 48h

Grafiek 5.12 GFP‐positieve HeLa‐cellenmet het gebruik van 1,5µl lipofectamine 

Grafiek 5.13 GFP‐positieve HeLa‐cellenmet het gebruik van 3µl lipofectamine 

40  

 

4.6. GEBRUIK VAN ELEKTROPORATIE VOOR TRANSFECTIES MET PDNA/PEPTIDE‐COMPLEXEN 

 

Vooreerst worden  cellen,  die  samen 

met  150  µl  complex‐oplossing  werden 

geëlektroporeerd,  bekeken  onder  de 

fluorescentiemicroscoop  waarbij  te  zien 

was  dat  sommige  cellen  getransfecteerd 

waren  en  GFP  tot  expressie  brachten. 

Hieruit  kan  afgeleid  worden  dat 

elektroporatie  een  bruikbare  techniek  is 

om  de  pDNA/peptide‐complexen  in  de 

cel te loodsen. Figuur 5.2 HeLa‐cellen geëlektroporeerd met 

pDNA/oligo‐L‐lysine complexen. Groene cellen zijn getransfecteerd en vertonen GFP‐expressie. 

 

De stalen werden aangemaakt en geëlektroporeerd zoals beschreven onder 3.3 en na 

24h  en  48h  m.b.v.  flow  cytometrie  bestudeerd.  De  experimenten  werden  tweemaal 

uitgevoerd op   zowel onbehandelde, gearresteerde als gesynchroniseerde cellen, éénmaal 

met het pDNA gWIZ‐GFP en éénmaal met het pDNA pEGFP‐N1. 

4.6.1. Elektroporatie met gWIZ‐GFP/peptide‐complexen 

De flow‐resultaten worden samengevat in grafieken 5.13, 5.14 en 5.15. 

De  algemene  trend  bij  de  drie  grafieken  is  dat  de  transfectie‐percentages  bij  de 

complexen met het histonbindend peptide telkens lager liggen dan de rest van de stalen. 

Eén van de mogelijke verklaringen hiervoor zou kunnen zijn dat de degradatie van deze 

complexen  veel  minder  vlot  verloopt  dan  die  van  de  complexen  met  de  overige 

peptiden, waardoor het pDNA onvoldoende vrij komt in de kern voor transfectie.  

41  

Bij  deze  experimenten  komt  een  groot  transfectie‐percentage  voor  bij  de 

gearresteerde cellen, die soms zelfs hoger  ligt dan het percentage bij de onbehandelde 

cellen (grafiek 5.13 en 5.14). Dit wordt normaal niet verwacht omdat de onbehandelde 

cellen nog asynchroon delen en de gearresteerde cellen helemaal niet meer delen. Een 

mogelijke  verklaring  hiervoor  is  dat  het  kernmembraan  ook  aangetast wordt  door  de 

elektroporatie waardoor de complexen  rechtstreeks  in de kern  terecht kunnen komen 

zonder dat hiervoor celdeling nodig is. Dit kan ook de reden zijn waarom de transfectie‐

efficiëntie  van de  stalen met het  vrij pDNA  zo hoog  ligt  (grafiek  5.13;  5.14;  5.15). De 

resultaten tonen ook aan dat het percentage GFP‐positieve cellen bij de gearresteerde 

cellen bijna verdubbeld na 48h (grafiek 5.14). Dit kan wijzen op het heropstarten van de 

celcyclus doordat het  thymidine aanwezig  in het medium van de gearresteerde  cellen 

waarschijnlijk  uitgewerkt  is.  Hierdoor  gaan  de  cellen  terug  delen  en  kunnen  de 

pDNA/peptide‐complexen  die  nog  aanwezig  zijn  in  het  cytosol,  en  dus  nog  niet  in  de 

kern geloodst waren door elektroporatie, in de kern migreren dankzij de celdeling. 

De stalen met de lipoplexen op basis van pDNA en lipofectamine scoren ook zowel 

bij de onbehandelde, de gearresteerde als de gesynchroniseerde  cellen  slecht  (grafiek 

5.13;  5.14;  5.15). Dit  komt doordat de  gevormde  lipoplexen  zijn  lipiden waarschijnlijk 

nergens  kwijt  kan,  waardoor  het  pDNA  niet  kan  worden  vrijgesteld.  In  normale 

omstandigheden  zouden  de  lipiden  van  de  lipoplexen  samensmelten  met  het 

celmembraan of endosoommembraan en zo het pDNA in het cytosol loodsen. Maar door 

de elektroporatie wordt een deel van de  lipoplexen  in zijn geheel  in het cytosol en de 

celkern geloodst. De transfectie die hier voorkomt is dan waarschijnlijk afkomstig van vrij 

pDNA  dat  niet  werd  ingesloten  in  lipoplexen  en  pDNA  dat  uit  de  lipoplexen  kon 

ontsnappen door samensmelting met membraanstructuren in de cel. 

De  resultaten  bij  de  gesynchroniseerde  cellen  tonen  een  bijna  dubbel  zo  groot 

transfectie‐percentage  in  vergelijking met dat  van de onbehandelde en  gearresteerde 

cellen (grafiek 5.13; 5.14; 5.15). Dit onderstreept nogmaals het belang van de celdeling 

om de pDNA/peptide‐complexen in de kern te kunnen loodsen. De resultaten na 48h zijn 

42  

ongeveer gelijk aan die na 24h. Een extra celdeling zorgt hier dus niet voor een groter 

percentage getransfecteerde cellen.  

De  controle‐peptiden  scoren  in  grafieken  5.14  en  5.15 minstens  even  goed,  en 

soms beter dan de chromatine‐bindende peptiden. Er kan echter geen besluit genomen 

worden  over  het  nut  van  het  gebruik  van  chromatine‐bindende  peptiden  voor  het 

verhogen  van  celtransfecties  in  delende  cellen.  Elektroporatie  is  namelijk  geen  goede 

methode  om  het  verschil  tussen  chromatine‐bindende  peptiden  en  controle‐peptiden 

voor  transfectie aan  te  tonen, aangezien ook het kernmembraan wordt aangetast. Dit 

kan gesteld worden doordat de  stalen met het vrij pDNA bijna even goede  resultaten 

hebben  als  de  andere  stalen.  De  peptiden  hebben  in  deze  experimenten  dus  geen 

toegevoegde waarde. 

 

 

05

1015202530354045

Vrij pD

NA

Lipo

fectam

ine 2000

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 5Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 10

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 15

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 20

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 30

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 40

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 5

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 10

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 15

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 20

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 30

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 40

Histonb

inde

n +‐ratio

 5Histonb

inde

n +‐ratio

 10

Histonb

inde

n +‐ratio

 15

Histonb

inde

n +‐ratio

 20

Histonb

inde

n +‐ratio

 30

Histonb

inde

n +‐ratio

 40

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 5AT‐Hoo

k +‐

ratio

 10

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 15

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 20

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 30

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 40

Controle cellen% getransfecteerde cellen

Percentage getransfecteerde ONBEHANDELDE cellen met gWIZ‐GFP/peptide‐complexen 

 

 

 transfectie na 24h

  transfectie na 48h

 

 

 

 Grafiek 5.13 Percentage GFP‐positieve onbehandelde cellen na elektroporatie met vrij gWIZ‐GFP, gWIZ‐GFP‐

lipoplexen of  gWIZ‐GFP/peptide‐complexen.  

 

43  

 

 

44  

 

 

 

 

 

 

 

 

   

05

1015202530354045

Vrij pD

NA

Lipo

fectam

ine 2000

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 5Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 10

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 15

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 20

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 30

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 40

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 5

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 10

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 15

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 20

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 30

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 40

Histonb

inde

n +‐ratio

 5Histonb

inde

n +‐ratio

 10

Histonb

inde

n +‐ratio

 15

Histonb

inde

n +‐ratio

 20

Histonb

inde

n +‐ratio

 30

Histonb

inde

n +‐ratio

 40

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 5AT‐Hoo

k +‐

ratio

 10

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 15

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 20

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 30

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 40

Controle cellen

% getransfecteerde cellen

Percentage getransfecteerde GEARRESTEERDE cellen met gWIZ‐GFP/peptide‐complexen

transfectie na 24h

transfectie na 48h

0102030405060708090

Vrij pD

NA

Lipo

fectam

ine 2000

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 5Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 10

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 15

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 20

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 30

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 40

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 5

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 10

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 15

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 20

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 30

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 40

Histonb

inde

n +‐ratio

 5Histonb

inde

n +‐ratio

 10

Histonb

inde

n +‐ratio

 15

Histonb

inde

n +‐ratio

 20

Histonb

inde

n +‐ratio

 30

Histonb

inde

n +‐ratio

 40

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 5AT‐Hoo

k +‐

ratio

 10

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 15

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 20

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 30

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 40

Controle cellen

% getransfecteerde cellen

Percentage getransfecteerde GESYNCHRONISEERDE cellen met gWIZ‐GFP/peptide‐complexen

transfectie na 24h

transfectie na 48h

Grafiek 5.14 Percentage GFP‐positieve gearresteerde cellen na elektroporatie met vrij gWIZ‐GFP, gWIZ‐GFP‐lipoplexen of  gWIZ‐GFP/peptide‐complexen. 

Grafiek 5.15 Percentage GFP‐positieve gesynchroniseerde cellen na elektroporatie met vrij gWIZ‐GFP, gWIZ‐GFP‐lipoplexen of  gWIZ‐GFP/peptide‐complexen. 

4.6.2. Elektroporatie met EGFP‐N1/peptide‐complexen 

De flowresultaten werden samengevat in grafieken 5.16, 5.17 en 5.18. 

De  besluiten  uit  de  resultaten  zijn  gelijkaardig met  deze  van  5.6.1.  Hier  ligt  het 

transfectie‐percentage  van  de  complexen met  het  histonbindend  peptide  en  van  de 

complexen met het DNA‐bindend peptide  lager dan bij de complexen met de controle‐

peptiden (grafieken 5.16; 5.17; 5.18). Een mogelijke verklaring hiervoor is dat deze twee 

peptiden  sterkere  complexen  vormen  met  pEGFP‐N1  in  vergelijking  met  de  twee 

controle‐peptiden.  Hierdoor  zal  het  uiteenvallen  van  de  complexen  minder  vlot 

verlopen,  met  een  lagere  vrijstelling  van  pDNA  en  dus  een  kleiner  aantal 

getransfecteerde cellen als gevolg. 

De  resultaten met  pEGFP‐N1  zijn  duidelijk  beter  dan  die met  gWIZ‐GFP. Dit  kan 

afgeleid worden uit het aantal GFP‐positieve cellen  in de stalen met vrij pDNA. (Grafiek  

5.13 tot 5.18). 

 

05

101520253035404550

Vrij pD

NA

Lipo

fectam

ine 2000

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 5Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 10

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 15

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 20

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 30

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 40

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 5

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 10

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 15

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 20

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 30

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 40

Histonb

inde

n +‐ratio

 5Histonb

inde

n +‐ratio

 10

Histonb

inde

n +‐ratio

 15

Histonb

inde

n +‐ratio

 20

Histonb

inde

n +‐ratio

 30

Histonb

inde

n +‐ratio

 40

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 5AT‐Hoo

k +‐

ratio

 10

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 15

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 20

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 30

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 40

Controle cellen

% getransfecteerde cellen

Percentage getransfecteerde onbehandelde cellen met EGFP‐N1/peptide‐complexen 

 

 

 

 transfectie na 24h

transfectie na 48h 

Grafiek 5.16 Percentage GFP‐positieve onbehandelde cellen na elektroporatie met vrij pEGFP‐N1, pEGFP‐N1‐lipoplexen of  pEGFP‐N1/peptide‐complexen. 

 

 

 

 

 

45  

 

05

1015202530354045

Vrij pD

NA

Lipo

fectam

ine 2000

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 5Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 10

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 15

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 20

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 30

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 40

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 5

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 10

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 15

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 20

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 30

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 40

Histonb

inde

n +‐ratio

 5Histonb

inde

n +‐ratio

 10

Histonb

inde

n +‐ratio

 15

Histonb

inde

n +‐ratio

 20

Histonb

inde

n +‐ratio

 30

Histonb

inde

n +‐ratio

 40

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 5AT‐Hoo

k +‐

ratio

 10

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 15

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 20

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 30

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 40

Controle cellen

% getransfecteerde cellen

Percentage getransfecteerde gearresteerde cellen met EGFP‐N1/peptide‐complexen

transfectie na 24h

transfectie na 48h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Grafiek 5.17 Percentage GFP‐positieve gearresteerde cellen na elektroporatie met vrij pEGFP‐N1, pEGFP‐N1‐lipoplexen of  pEGFP‐N1/peptide‐complexen. 

 

 

 

 

 

   

010

405060708090

Vrij pD

NA

Lipo

fectam

ine 2000

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 5Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 10

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 15

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 20

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 30

Oligo‐D‐Lysine +‐ratio

 40

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 5

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 10

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 15

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 20

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 30

Oligo‐L‐Lysine

 +‐ratio 40

Histonb

inde

n +‐ratio

 5Histonb

inde

n +‐ratio

 10

Histonb

inde

n +‐ratio

 15

Histonb

inde

n +‐ratio

 20

Histonb

inde

n +‐ratio

 30

Histonb

inde

n +‐ratio

 40

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 5AT‐Hoo

k +‐

ratio

 10

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 15

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 20

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 30

AT‐Hoo

k +‐

ratio

 40

Controle cellen

% getransfecteerde cellen

Percentage getransfecteerde gesynchroniseerde cellen met EGFP‐N1/peptide‐complexen

2030

transfectie na 24h

Grafiek 5.17 Percentage GFP‐positieve gesynchroniseerde cellen na elektroporatie met vrij pEGFP‐N1, pEGFP‐N1‐lipoplexen of  pEGFP‐N1/peptide‐complexen. 

46  

5. BESLUIT  

De  gevormde pDNA/peptide‐complexen  zijn  stabiel  in water, hepes, Optimem en DMEM‐

F12 en kunnen dus gebruikt worden  in de  transfectie‐experimenten van HeLa‐cellen  (4.1.2 en 

4.4.2). 

Uit  de  resultaten  van  de  Xenopus  chromatine  binding  kan  besloten  worden  dat  alle 

gebruikte pDNA/peptide‐complexen in staat zijn tot binden met het Xenopus chromatine. Er kan 

echter niet gezegd worden dat de chromatine‐bindende peptiden beter binden dan de controle‐

peptiden door verschillende factoren zoals besproken onder 4.2. 

Bij  de  experimenten  besproken  onder  4.4.,  kan  besloten worden  dat  de  pDNA/peptide‐

complexen niet voor transfectie zorgen als zij gewoon op de cellen gebracht worden, tenzij er 

lipoplexen worden gevormd met lipofectamine. 

De  transfecties met  de  tertiaire  complexen  tonen  aan  dat  de  lipoplexen met  vrij  pDNA 

minstens voor een even goede transfectie zorgen als die met pDNA/peptide‐complexen. Dit kan 

het gevolg zijn van een trage decomplexatie van de pDNA/peptide‐complexen zoals besproken 

onder 4.5. 

De resultaten uit de elektroporatie‐experimenten tonen geen betere transfectie‐efficiëntie 

met  de  pDNA/chromatineindende  peptide‐complexen  dan  met  de  pDNA/controle  peptide‐

complexen. Er kan echter niet besloten worden dat de chromatine‐bindende peptiden minder 

effectief  zijn dan de controle‐peptiden omdat elektroporatie niet de geschikte methode blijkt 

om deze met elkaar  te vergelijken. Elektroporatie gaat de kern mee elektroporeren waardoor 

het vrij pDNA en pDNA‐complexen niet alleen door celdeling  (zoals gewild)  in de kern kunnen 

belanden . Er is echter wel opnieuw aangetoond dat celdeling een héél positieve invloed heeft 

op celtransfectie (4.6). Er zal dus op zoek moeten gegaan worden naar een geschikte methode 

om de pDNA‐complexen  in het cytosol  te  loodsen, voordat een besluit kan genomen worden 

over de effectiviteit van de chromatine‐bindende peptiden als transfectiemiddel voor pDNA  in 

delende cellen. 

 

47  

6. BIBLIOGRAFIE  

Aravind, L.; Landsman, D. (1998). AT‐hook motifs identified in a wide variety of DNA‐binding 

proteins. Nucleic Acids Research. Vol. 26, 19, 4413‐4421. 

 

Barbera, A.J. et al. (2006). The nucleosomal surface as a docking station for Kaposi’s sarcoma 

herpesvirus LANA. Science. 311, 856‐861. 

 

Belting, M.; Sandgren, S.; Wittrup, A. (2004) Nuclear delivery of macromolecules: barriers and 

carriers. Advanced Drug Delivery Reviews. 57, 505– 527.  

 

Bieber, T.; Meissner, W.; Kostin, S., et al. (2002). Intracellular route and transcriptional 

competence of polyethyleneimine‐DNA complexes. Journal of controlled release. Vol.82, 2‐3, 

441‐454. 

 

Buyens, K.; Lucas, B.; Raemdonck, K.; Braeckmans, K., et al. (2008). A fast and sensitive method 

for measuring the integrity of siRNA‐carrier complexes in full human serum. Journal of 

Controlled Release. 126, 67–76. 

 

Chen, S‐H.; Shine, H.D.; Goodman J.C., et al. (1993). Gene therapy for brain tumors: Regression 

of experimental gliomas by adenovirus‐mediated gene transfer in vivo. Medical Sciences. 91, 

3054‐3057. 

 

Dileo, J.; Miller, T.E.; Chesnoy, S.; Huang, L. (2003). Gene transfer to subdermal tissues via a new 

gene gun design. Human Gene Therapy. 14, 79–87. 

 

 

48  

Fasbender, A.; Zabner, J.; Zeiher, B.G.; Welsh, M.J. (1997). A low rate of cell proliferation and 

reduced DNA uptake limit cationic lipid‐mediated gene transfer to primary cultures of ciliated 

human airway epithelia. Gene Therapy. 4, 1173‐1180. 

 

Favard, C.; Dean, S.D.; Rols M‐P. (2007). Electrotransfer as a Non Viral Method of Gene Delivery. 

Current Gene Therapy. 7, 67‐77. 

 

Hashida, M.; Mahato, R.I.; Kawabata, K.; Miyao, T.; Nishikawa, M.; Takakura, Y. (1996). 

Pharmacokinetics and targeted delivery of proteins and genes. Journal of Controlled Release. 41, 

91‐97. 

 

Lénárt, P.; Ellenberg, J. (2006). Monitoring the permeability of the nuclear envelope during the 

cell cycle. Methods. 38, 17–24. 

 

Mesika, A.; Kiss, V.; Brumfeld, V.; Ghosh, G.; Reich, Z. (2005). Enhanced intracellular mobility 

and nuclear accumulation of dna plasmids associated with a karyophilic protein. Human gene 

therapy. 16, 200–208. 

 

Miller, D.G.; Adam M.A.; Miller, A.D. (1990). Gene transfer by retrovirus vectors occurs only in 

cells that are actively replicating at the time of infection. Molecular and Cellular Biology. Vol.10, 

8, 4239‐4242. 

 

Mönkkönen, J.; Urtti, A. (1998). Lipid fusion in oligonucleotide and gene delivery with cationic 

lipids. Advanced Drug Delivery Reviews. 34, 37–49. 

 

 

49  

50  

Mortimer, I.; Tam, P.; Maclachlan, I.; Graham, R.W., et al. (1999). Cationic lipid‐mediated 

transfection of cells in culture requires mitotic activity. Gene Therapy. 6, 403‐411. 

 

Mountain, A. (2000). Gene therapy: The first decade. Trends in Biotechnology. Vol.18, 3, 119‐

128. 

 

Roe, T.; Reynolds, T.C.; Yu, G.; Brown, P.O. (1993). Integration of murine leukemia virus DNA 

depends on mitosis. The EMBO Journal. Vol. 12, 5, 2099‐2108. 

 

Roussel, L.; Erard, M.; Cayrol, C., et al. (2008). Molecular mimicry between IL‐33 and KSHV for 

attachment to chromatin through the H2A‐H2B acidic pocket. EMBO reports. Vol.9, 10, 1006‐

1012. 

 

Tseng, W‐C.; Haselton, F.R.; Giorgio T.D. (1999). Mitosis enhances transgene expression of 

plasmid delivered by cationic liposomes. Biochimica et Biophysica Acta. 1445, 53‐64. 

 

Valencia‐Sanchez, M.A.; Liu, J.; Hannon G.J. (2006). Control of translation and mRNA 

degradation by miRNA’s and siRNA’s. Genes Dev. 20, 515‐524. 

 

Van der Aa, M.A.E.M.; Mastrobattista, E.; Oosting R.S., et al. (2006). The Nuclear Pore Complex: 

The Gateway to Successful Nonviral Gene Delivery. Pharmaceutical Research. Vol.23, 3, 447‐

459. 

 

Wilke, M.; Fortunati E.; van den Broeck, M., et al. (1996). Efficacy of a peptide‐based gene 

delivery system depends on mitotic activity. Gene Therapy. 3, 1133‐1142. 

 

Wolff, J.A.; Ludtke, J.; Acsadi, G., et al. (1992). Very long‐term persistence of plasmid DNA and 

foreign gene‐expression in mouse muscle. Clinical Research. Vol.40, 2, A339‐A339.