Motoreiwitten met vereende krachten aan het werk in cel
Biologische cellen zitten vol met compartimenten. Deze compartimenten bestaan uit een membraan gevuld met allerlei nuttige stoffen die door de cel getransporteerd moeten worden. Het zijn geen statische structuren. Zogeheten motoreiwitten trekken er voortdurend langgerekte uitstulpingen uit. Over de voorwaarden waaronder dit kan gebeuren lopen de meningen uiteen. Gerbrand Koster, Martijn van Duijn, Bas Hofs en Marileen Dogterom van het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) in Amsterdam hebben nu in een modelsysteem laten zien dat deze uitstulpingen gemakkelijk kunnen worden gevormd bij een voldoende hoge concentratie aan motoreiwitten, een lage oppervlaktespanning van de membranen en de aanwezigheid van natuurlijke nanobuisjes (microtubuli geheten). De motoreiwitten blijken zich tot clusters te verenigen die met vereende krachten aan het werk gaan. De onderzoekers publiceren hun bevindingen op 23 december 2003 in de Proceedings van de National Academy of Sciences in Washington. Een afbeelding van netwerken van uitstulpingen aan gebruikte modelcompartimenten zoals die in een experiment op AMOLF ontstonden, siert de omslag van de uitgave.
Eiwittransport in de cel Microtubuli als rails
In elke cel zitten normaal gesproken grote aantallen microtubuli. Dat zijn minuscule buisjes, opgebouwd uit tubuline-eiwitten. De kinesinemoleculen gebruiken deze buisjes als een soort rails om over te bewegen. Rond membraancompartimenten in een cel zijn dan ook voortdurend rechtlijnige patronen van membraanbuisjes, de langgerekte uitstulpingen, te zien. Deze ontstaan doordat kinesinemoleculen over de microtubuli bewegen, het membraan met zich meeslepend. Is de concentratie kinesinemoleculen voldoende hoog, zo blijkt uit de Amsterdamse experimenten aan modelsystemen, dan ontstaan de uitstulpingen. Van doorslaggevende invloed blijkt daarbij de oppervlaktespanning en de buigbaarheid van het memraan. Door met een optisch pincet de krachten te meten die bij de vorming van de uitstulpingen optreden, konden de onderzoekers bepalen waar daar de grenzen liggen.
Samenwerking van eiwitten
Uit deze experimenten hebben de Amsterdamse onderzoekers ook afgeleid dat verschillende kinesinemoleculen moeten en kunnen samenwerken om membraanuitstulpingen te laten ontstaan. In het experiment is een groot aantal kinesinemoleculen aan het membraan vastgekoppeld. Iedere keer als één van de kinesinemoleculen in de buurt van een microtubulus komt, kan het deze vastpakken en gaan lopen, waardoor er aan het membraan getrokken wordt. Doordat het membraan dan ook aan het motoreiwit trekt, is er een kans dat hij weer losschiet. Hoe harder een motor trekt, hoe eerder hij losschiet. Bovendien levert een enkel kinesinemolecuul niet genoeg kracht om een membraanbuis te vormen. Als er steeds voldoende nieuwe motoren zich aan het membraan hechten, dan kan er een stabiele situatie ontstaan waarbij evenveel motoren vastpakken als loslaten. Zo kunnen de kinesinemoleculen een cluster vormen, dat genoeg kracht kan uitoefenen om een uitstulping aan het membraan te maken.
Meer informatie bij Gerbrand Koster, FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica, (020) 608 12 34, of Martijn van Duijn, FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica, (020) 608 12 34.