Moleculaire origami
Het opvouwen van een eiwit lijkt net een subtiel origamiwerkje, waarin makkelijk iets fout kan gaan. Daarom zetten alle cellen, zelfs bacteriën, zogenaamde chaperonnes in om met dit vouwen te helpen. Onderzoekers van het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) in Amsterdam en de Rijksuniversiteit Groningen hebben nu kunnen zien hoe deze chaperonnes te werk gaan door één enkel eiwit aan zijn einden vast te pakken. Zij blijken de eiwitketen, net nadat deze gemaakt is, in een soort houdgreep te nemen, zodat de keten even moet wachten met vouwen. De resultaten zijn van belang voor een beter begrip van het vouwen van eiwitten. Dit is interessant voor meer kennis over ziektes die ontstaan door samenklonteren van eiwitten, zoals Alzheimer. De onderzoekers publiceren de resultaten op 30 november 2007 in Science.
Eiwitten worden gemaakt als een lange keten. Zij kunnen hun rol in de cel pas spelen, als zij opgevouwen zijn. Het spontane stap voor stap opvouwen van een eiwit lijkt net een subtiel origamiwerkje. Hier kan dan ook makkelijk iets fout in gaan. Deze fouten liggen ten grondslag aan bijvoorbeeld de ziekte van Alzheimer. Als eiwitten niet meer in hun normale vorm vouwen, dan kunnen ze samenklonteren en zo de celfunctie verstoren. Om deze samenklontering tegen te gaan, zetten alle cellen, zelfs bacteriën, zogenaamde chaperonnes in, wat ook weer eiwitten zijn. Voor een beter begrip van het vouwen van eiwitten is essentieel om inzicht te hebben in de rol van de chaperonnes. Hier doet men dan ook intensief onderzoek naar. Het is echter moeilijk om direct het effect van chaperonnes op eiwitvouwing te meten, omdat al die miljarden eiwitten in een testbuisje zich allemaal door elkaar opvouwen.
Experiment met een enkel eiwit
De onderzoekers Philip Bechtluft, Ruud van Leeuwen en Matthew Tyreman, werkend in de groepen van Arnold Driessen (RuG) en van Sander Tans (AMOLF), hebben een nieuw experiment ontwikkeld, waarin ze het vouwen van slechts één eiwit direct kunnen volgen. Met een optisch pincet pakken ze het uiteinde van één gevouwen eiwitketen vast. Op deze manier kunnen ze het gevouwen eiwit eerst uit elkaar trekken. Daarna voegen ze de chaperonne-eiwitten toe. Vervolgens kunnen ze het terugvouwen direct volgen door de kracht die het optisch pincet uitoefent langzaam los te laten, en heel nauwkeurig de afstand tussen de eiwituiteinden te meten. Dit experiment hebben ze uitgevoerd met een bacterieel eiwit (MBP) en zijn chaperonne (SecB).
Houdgreep
De experimenten laten zien dat deze chaperonne een zeer radicaal effect heeft. De chaperonne laat geen enkele samenklontering van het eiwit toe als het zich er eenmaal aan bindt. Niet alleen de samenklontering, maar ook het gehele vouwen wordt verstoord, alsof de chaperonne de eiwitketen in de houdgreep heeft. Dit lijkt een beetje veel van het goede, maar het werkt toch, want de houdgreep is maar tijdelijk. Als de chaperonne de keten weer loslaat blijkt hij toch nog te kunnen vouwen zonder te klonteren. Eiwitten die buiten de celwand hun werk doen, moeten door een klein kanaal worden getransporteerd. Ook daarmee helpen chaperonnes, omdat deze het vouwen nog even uit blijken te stellen. Zo kost het eiwittransport weinig energie.
De resultaten zetten de deur open om naar meer eiwitten en hun chaperonnes te kijken. Wetenschappers bestuderen het vouwen van eiwitten al jaren, onder andere ook in computersimulaties, maar tot nu toe zonder te kijken naar de invloed van chaperonnes. Het Amsterdamse werk zal een stimulans zijn voor het meenemen van chaperonnes in dit onderzoeksveld. Inzicht in het vouwen van eiwitten leidt tot meer begrip van ziektes die ontstaan door samenklonteren van eiwitten, zoals Alzheimer.
Het onderzoek werd gefinancierd door de Stichting FOM (vanuit de Projectruimte) en NWO-ALW (programma Van molecuul tot cel).
Meer informatie is te verkrijgen bij dr. Sander Tans, FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica, Amsterdam, telefoon (020) 608 12 34.
Zie ook het persbericht van de Rijksuniversiteit Groningen (met filmpje).