131 - Onderzoek ontrafelt vouwing van eiwitten
Datum: 30 november 2007
Nieuw onderzoek van de Rijksuniversiteit Groningen en het
FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) biedt nieuwe
inzichten in het op- en ontvouwen van eiwitmoleculen, dat deels het
leven in onze lichaamscellen mogelijk maakt. Dat eiwitten vouwen was
al lang bekend, maar hoe dat precies gebeurt niet. RUG-bioloog Arnold
Driessen en zijn promovendus Philipp Bechtluft brengen daar
verandering in. En dat levert ze samen met hun Amsterdamse collega's
een publicatie op in het wetenschappelijke vakblad Science (30 nov.
2007).
De cellen van ons lichaam besteden zowat al hun werk uit aan
eiwitmoleculen. Daarvan bestaan wel duizenden soorten. En voor elk
soort eiwit is een speciale taak weggelegd, zoals bijvoorbeeld
voedselopname. Ze kunnen die taak alleen uitvoeren als ze opgevouwen
zijn zoals een klos wol. Sommige eiwitten doen hun werk buiten de cel.
Daarvoor moeten ze zich door de buitenwand van de cel bewegen. Maar
als ze binnen de cel al opgevouwen zijn, zijn ze te groot en passen ze
niet in de transportkanalen die ze gebruiken om op de `werkvloer' te
komen. Dus ontvouwen de bolle eiwitten zich tijdens hun reis soms tot
een lange, dunne sliert, die wel door de kanalen past. Als het eiwit
op zijn bestemming aankomt, vouwt het zich weer op tot een bol, om
daarna aan het werk te gaan.
De chaperonne
Al dat vouwen gaat bij eiwitten niet vanzelf. Ze hebben daar hulp bij
nodig: de speciale chaperonne-eiwitten. Driessen en Bechtluft waren
vooral geïnteresseerd in chaperonnes die ontvouwen eiwitten netjes
uitgerekt houden. Ze wilden weten of een uiteengevouwen eiwitsliert
met hulp van een chaperonne wel echt helemaal ontvouwen is, of dat er
toch nog kleine vouwen in zitten.
Zelf trekken en vouwen
Om dat te onderzoeken, gingen Driessen en Bechtluft eerst zélf
opgevouwen eiwitten uiteen trekken, zodat ze heel precies het op- en
ontvouwen konden waarnemen. "Voor het trekmechanisme schakelden we de
hulp in van onze Amsterdamse collega's van AMOLF: die beschikten over
een microscopisch klein pincet waar we een enkel eiwit tussen
plaatsten", zegt Driessen. Zo konden hij en Bechtluft heel voorzichtig
aan het eiwit trekken en het weer terug laten veren. Tegelijk
berekenden ze hoeveel kracht dat precies kost.
Schokken
Uit die berekeningen bleek dat een eiwit onder spanning van het pincet
zich met plotse schokken ontvouwt. Zulke schokken wijzen erop dat het
eiwit in meerdere stappen ontvouwen wordt. Het leek alsof de biologen
aan een warrige klos wol trokken. Ook dat gaat niet in een soepele
beweging, maar met horten en stoten. "Van de plotse ontvouwingen kun
je een patroon tekenen", laat Driessen zien, wijzend naar een grafiek.
En elke keer dat de wetenschappers aan het eiwit trokken, dook
hetzelfde patroon weer op. "Dat betekent dat het eiwit - nadat we het
helemaal uitrekken en terug laten veren - gewoon weer terugvalt in
zijn oorspronkelijke vouwing." Met andere woorden: de wetenschappers
konden op deze manier het ontvouwen van een eiwitmolecuul uitstekend
volgen.
De chaperonne grijpt in
Maar hoe zit dat als de chaperonne meedoet? De vraag is of deze ervoor
zorgt dat het eiwit helemaal ontvouwen blijft. Dus herhaalden Driessen
en Bechtluft het trekexperiment, maar dan met een chaperonne-eiwit
erbij. En inderdaad: nadat de biologen het eiwit in aanwezigheid van
de chaperonne voor een tweede keer uit elkaar trokken, bleven de
schokpatronen uit. Het was alsof de wetenschappers aan een slap
koordje trokken in plaats van aan een in elkaar gedraaide klos wol.
Volgens Driessen is dat hard bewijs dat het eiwit zich niet meer
terugvouwt, maar dankzij de chaperonne helemaal ontvouwen blijft. Zo
past het eiwit dus gemakkelijk door de transportkanalen van de cel.
Alzheimer
Verder hebben de onderzoekers geëxperimenteerd met aan elkaar geplakte
eiwitten. Ook die zijn na het toevoegen van chaperonne-eiwit veel
soepeler uiteen te trekken dan zonder. Volgens Driessen kan dat
belangrijk zijn voor onderzoek naar ziekten zoals Alzheimer en BSE.
"Bij Alzheimer gaan verkeerd gevouwen eiwitten samenklonteren. Zo
overwoekeren ze hersencellen. We zijn er met deze techniek achter
gekomen dat chaperonne-eiwitten zo'n samenklontering echt tegen kunnen
gaan. We kwamen daar onverwachts achter, moet ik zeggen. Maar het
levert wel nieuwe onderzoeksperspectieven op."
Zie video
Rijksuniversiteit Groningen