Een Rubiks kubus op nanoschaal: eiwitten puzzelen met aminozuurketens
Behulpzame eiwitten helpen aminozuurketens op te vouwen tot een functioneel eiwit. De eiwitten pakken de aminozuurketen daarbij fysiek vast, om hem vervolgens in de juiste vorm te duwen. Dat concludeerden onderzoekers van FOM-instituut AMOLF, in een studie die op 7 juli verschijnt in het tijdschrift Nature.
Bij hun geboorte staan aminozuurketens voor een probleem: ze moeten zich op de juiste manier opvouwen tot een volwaardig eiwit dat productief is voor de cel. Dat vouwen kan op talloze manieren, maar slechts één manier is correct. Kortom, het eiwit moet een soort Rubiks kubus op nanoschaal oplossen. Tot nu toe nam men aan dat willekeurige bewegingen van de keten zelf uiteindelijk tot de goede vorm leidden. Onderzoek in het laboratorium van prof.dr.ir. Sander Tans laat het tegendeel zien. De moleculaire puzzel wordt actief opgelost door 'spelers': andere eiwitten die de vouwende keten fysiek vastpakken en hem in de juiste vorm duwen.
Puzzelaars
De spelers van de moleculaire Rubiks kubus heten chaperonnes. Het is al lang bekend dat chaperonne-eiwitten belangrijk zijn voor de vorming van nieuwe eiwitten. Maar tot nu toe leek het dat ze de plakkerige aminozuurketens slechts uit elkaar houden voordat het vouwen begint, om zo grote eiwitklonters te voorkomen. Ook was het reeds bekend dat de chaperonnes verkeerd gevouwen eiwitten helpen te ontvouwen, zodat het eiwit een nieuwe poging kan doen.
Het nieuwe onderzoek maakt duidelijk dat een chaperonne, 'Trigger Factor' genaamd, eiwitten vastpakt tijdens het vouwen en zo helpt de vouwpuzzel op te lossen. De manier waarop dat gebeurt is verassend eenvoudig en elegant. Door met meerdere chaperonnes aan één aminozuurketen te binden, delen de chaperonnes het probleem op in eenvoudigere, kleinere deelproblemen. Op die manier kan een aminozuurketen op verschillende plekken onafhankelijk vouwen en zo foutloos een complex eiwit vormen. Dit algemene principe verklaart ook meteen hoe één soort chaperonne aan zoveel verschillende soorten eiwitten kan binden om ze te helpen.
Metingen
De onderzoekers maakten deze doorbraak in het begrip van chaperonnes mogelijk door aan één enkel vouwend eiwit te meten. De onderzoekers verbonden het vouwende eiwit aan kleine plastic balletjes, die door een laserbundel werden opgepakt. Omdat vouwen de aminozuurketen korter maakt, verschoven de balletjes. De laser registreerde dat. Zo konden de onderzoekers het vouwproces met lengtemetingen volgen.
De onderzoekers zagen dat het eiwit stap voor stap verschillende lengtes aannam. Dat gaf aan dat het eiwit op sommige momenten gedeeltelijk gevouwen was – een effect dat te wijten is aan de chaperonnes die het gevouwen deel van het eiwit stabiliseerden. Zonder de hulp van de chaperonnes zou het eiwit in één stap van ontvouwen naar volledig gevouwen toestand gaan.
Medisch belang
Een beter begrip van het vouwen van eiwitten is van groot medisch belang. Eiwitten liggen aan de basis van alle biologische functionaliteit. Als er iets mis gaat met vouwen worden eiwitten niet productief – ze blijven dan ook plakkerig. Deze plakkerigheid lijkt ten grondslag te liggen aan veel ziekten, waaronder Alzheimer, en aan veroudering. De studie laat ook zien dat huidige computersimulaties van het vouwproces een essentieel onderdeel missen: de spelers van de vouwpuzzel.
Contact
Prof.dr.ir. Sander Tans, +31 (0)20 754 71 00
Homepage
Referentie
Reshaping of a protein conformational search by the chaperone Trigger Factor , Alireza Mashaghi1, Günter Kramer2, Philipp Bechtluft1, Beate Zachmann-Brand2, Arnold J. M. Driessen3, Bernd Bukau2 & Sander J. Tans1
1AMOLF Institute, the Netherlands
2 Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg (ZMBH), Germany
3 Department of Molecular Microbiology, Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute and the Zernike Institute for Advanced Materials, the Netherlands.
Zie ook: persbericht RUG