Bomen in de buurt

Een kijkje in de kraamkamer
van de bacteriele membraaneiwitten
Door Jan Pieter Abrahams
Om n Eiwitten zijn lange ketens van aminozuren
en in de eiwitten komen er zo’n 21 verschillende
aminozuren voor. De volgorde van de aminozuren
in die keten bepaalt de ruimtelijke vorm
van een eiwit en die ruimtelijke vorm bepaalt de
functionele eigenschappen ervan. In een levende
cel treffen we tienduizenden tot misschien wel
honderdduizenden verschillende soorten eiwitten
aan, elk met hun eigen specifieke taak. Zo is er
een belangrijke klasse van eiwitten die zich in de
membranen van cellen bevinden en verantwoordelijk
zijn voor het transport van signalen en
moleculen door die membranen heen.
Eiwitten worden gemaakt door ribosomen. In
principe kan elk ribosoom ieder
soort eiwit produceren, mits het
ribosoom geprogrammeerd
is met de juiste
informatie. DNA
is de informatiedrager
die
de aminozuurvolgorde
van de
eiwitten in de
cel bepaalt. Eerst
wordt deze informatie
gecopieerd
naar mRNA, en dit
mRNA programmeert
vervolgens de ribosomen
om een specifiek eiwit te maken.
Zodra een ribosoom herkent dat een eiwit in
het membraan afgeleverd moet worden, stopt
het ribosoom tijdelijk met het verlengen van de
eiwitketen. Pas wanneer dat haperende ribosoom
op het membraan is aangeland wordt het eiwit
afgemaakt. Het eiwit belandt dan vanzelf in het
membraan, daarbij geholpen door andere eiwitten
die al in de membraan zitten.
Hoe herkent een ribosoom dat een eiwit in het
membraan moet worden afgelevert? Hoe komt
het dat een ribosoom dan stopt? Er zijn belangrijke
verschillen tussen bacterien en hogere organismen
op dit punt. Wanneer wij zouden weten
hoe dit proces zich afspeelt in bacterien, kunnen
we misschien nieuwe antibiotica ontwikkelen die
voorkomen dat bacterien membraaneiwitten produceren,
maar de membraaneiwitproductie van
hogere organismen ongemoeid laten.
In een samenwerking tussen onderzoekers van
het Zwitserse ETH in Zürich en onderzoekers
uit Leiden (Roman Koning, Henk Koerten en
ondergetekende), is het nu gelukt om een driedimensionaal
beeld te krijgen van een bacterieel
ribosoom dat een membraaneiwit maakt. Wij
gebruikten hiervoor een cryo-electronenmicroscoop,
waarmee opnames van bevroren ribosomen
in een heel dun vliesje ijs gemaakt werden.
Wat zagen we? Er waren twee soorten ribosomen:
ribosomen die al bezig waren met een
membraaneiwit te maken en ribosomen die zich
daarop aan het voorbereiden waren. Aan beide
typen ribosomen was een ‘SRP’ gebonden,
een klein complex van eiwit en RNA. Aan de
ribosomen die bezig waren een membraaneiwit
te maken, zagen we het uiteinde van het membraaneiwit
aan de onderkant uit het ribosoom
tevoorschijn komen. Membraaneiwitten beginnen
allemaal met een zelfde aminozuurvolgorde
en het SRP-complex bindt daaraan. Binding
van dat SRP aan het ontluikende membraaneiwit
veroorzaakte een subtiele verandering in de
structuur van het ribosoom, waardoor deze stopt
met de verdere synthese van het membraaneiwit.
Wanneer het SRP bindt aan een ribosoom dat
niet bezig is een membraaneiwit te maken, dan
vindt die subtiele verandering niet plaats. Dat
SRP is een soort poortwachter. Het staat klaar bij
het gat in het ribosoom waar het eiwit uit komt,
en wanneer het een membraaneiwit blijkt te zijn,
mag dat niet verder totdat het ribosoom op een
membraan is aangeland. De vondsten waren
belangrijk genoeg om in het prestigieuze wetenschapstijdschrift
Nature te publiceren .
Hoewel de grote lijnen nu duidelijk geworden
zijn, blijft er nog veel detail van het proces verborgen.
Zo weten we nog steeds niet precies hoe
het membraaneiwit wordt herkend en hoe het
Fig1:
Cryo-elektronenmicroscopische
structuur van het ribosoom met
daaraan gebonden het SRP.
ribosoom tijdelijk wordt stilgelegd. Dergelijke
informatie is essentieel voor het ontwikkelen
van nieuwe medicijnen. Deze essentiele details
konden niet zichtbaar gemaakt worden maken
omdat de electronenmicroscopie helaas nog wat
beperkingen heeft.
22 Origin - Universiteit Leiden Origin - Universiteit Leiden 23