In de ban van de ring: septine-eiwitten buigen actinevezels tot ring

Met behulp van microscopie zagen de onderzoekers dat embryo's van fruitvliegjes die geen septine bevatten niet in staat zijn om ringen van actine-vezels te maken. De onderzoekers zuiverden vervolgens het septine-eiwit, en konden zo aantonen dat septine inderdaad de stijve actinevezels tot ringen buigt.

Het belang van de ring
De cellen in ons lichaam delen zich door zich in het midden een ring van eiwitten op te bouwen. Die ring snoert vervolgens het celmembraan in, en verdeelt het cytoplasma over twee afzonderlijke dochtercellen. De ring van actine-eiwitvezels wordt tijdens dit proces samengetrokken door myosine-eiwitvezels.

Hoewel de belangrijkste componenten van de ring bekend zijn, was het nog onduidelijk wat de stijve actinevezels ombuigt tot de ring. De onderzoekers uit de AMOLF-groep van prof.dr. Gijsje Koenderink en uit Marseille veronderstelden dat het eiwit septine hierbij een cruciale rol speelt. Septines zijn een essentiële component van de ring in alle dierlijke organismen, van simpele eencellige gistcellen tot de mens. Een tekort aan of een mutatie van septine leidt tot afwijkende celdeling.

Fruitvliegjes als modelsysteem
Om uit te vinden hoe septine bijdraagt aan de vorming van de ring bekeken de onderzoekers embryo's van fruitvliegjes. Fruitvliegjes zijn een praktisch modelsysteem, omdat de wetenschappers gelijktijdig gegevens kunnen verzamelen van tientallen ringen per embryo.

Circa vier uur na bevruchting hebben de fruitvliegembryo's de vorm van een ellips. Ze  bestaan dan uit een gedeeld cytoplasma met ongeveer zesduizend celkernen. In een fascinerend proces (cellularisatie) trekt het membraan naar binnen, tussen alle celkernen in. Aan de punten van de naar binnen trekkende membranen vormen samentrekkende ringen van actine en myosine. Deze ringen trekken vervolgens gelijktijdig samen. Ze sluiten daarbij alle membranen af, zodat de celkernen zijn ingesloten en het embryo is omgeven door een enkele laag epitheelcellen.

Om de functie van septine te ontrafelen, bekeken de onderzoekers in Marseille met fluorescentiemicroscopie zowel normale embryo's als embryo's waarin septine ontbreekt. De embryo's zonder septine bleken weliswaar actinevezels en myosine te verzamelen op de plaats waar de ring normaal ontstaat,  maar de eiwitten vormden geen gesloten, ronde ring. De defecte ringen trokken ook maar gedeeltelijk samen.

Nagebouwde ringen
De experimenten met embryo's tonen duidelijk aan dat septines nodig zijn om succesvol geordende ringen van actinevezels te bouwen. Door de complexe samenstelling van de cellen is het echter lastig om de precieze rol van septine op te helderen. Daarom zuiverden de onderzoekers uit Amsterdam en Parijs zowel septine als actine op, en bekeken ze mengsels van beide eiwitten met fluorescentie- en elektronenmicroscopie. Ze ontdekten dat septines in staat zijn om actinevezels te bundelen en te buigen tot een ring.

De nieuwe bevindingen verklaren verschillende afwijkingen bij celdeling die het gevolg zijn van een tekort aan septine, zoals een verkeerde positionering van de samentrekkende ring en vorming van cellen met meer dan één celkern.

Referentie
Manos Mavrakis, Yannick Azou-Gros, Feng-Ching Tsai, José Alvarado, Aurélie Bertin, Francois Iv, Alla Kress, Sophie Brasselet, Gijsje H. Koenderink, Thomas Lecuit, Septins promote F-actin ring formation by cross-linking actin filaments into curved bundles , Nature Cell Biology, Advance Online Publication (AOP), DOI: 10.1038/ncb2921.

Contact
Prof.dr. Gijsje Koenderink, +31 (0)20 754 71 00.
Homepage
Dr. Manos Mavrakis and prof.dr. Thomas Lecuit (IBDM, Marseille)
Homepage
Prof.dr. Sophie Brasselet (Institut Fresnel, Marseille)
Homepage
Dr. Aurelie Bertin (Institut Curie, Paris)
Homepage 

Meer informatie
Op het YouTube-kanaal van FOM vindt u een kort filmpje over FOM-instituut AMOLF.