NRC

Een eiwit uitrekken en
Wetenschappers volgen vouwen van één eiwit
kijken hoe het terugvouwt met en zonder
chaperonne. Voor het
eerst hebben fysici een
In de houdgreep
idee hoe eiwitvouwing in
bolletjes aan elkaar, wat de metingen
verstoort.”
Het ontvouwen bleek zich in verschillende fasen af te spelen. Tans: “De structuur van het actieve eiwit is bekend,
maar we weten niet hoe die structuur
verandert als we aan het eiwit gaan trekken. Daarvoor hebben we gebruik gemaakt van computersimulaties. De eiwitketen beschikt aan de buitenkant
over een vijftal alfa-helices, een soort
wenteltrappen, die bij een kracht van
zo’n vijftien piconewton losschieten
(een piconewton is ongeveer het gewicht van een rode bloedcel). Je houdt
dan een kern over die pas bij een kracht
van vijfentwintig piconewton openvouwt. Als je de bolletjes dan weer naar
elkaar toebrengt neemt het eiwit weer
zijn oorspronkelijke vorm aan.”
Tot verrassing van de onderzoekers gebeurde dat niet in aanwezigheid van de
chaperonne. Die bindt zich aan het eiwit zodra dat is uitgerekt en voorkomt
zo dat het zijn functionele vorm weer
aanneemt. Tans: “Het is alsof de chaperonne de eiwitketen in een houdgreep
neemt. Maar dat is maar tijdelijk. Als de
chaperonne de keten weer loslaat blijkt
hij toch nog gewoon te kunnen vouwen.”
de cel er aan toe gaat.
Rob van den Berg
EEN EIWIT dat zich verkeerd opvouwt kan zijn taak niet uitvoeren. Begeleidende eiwitten, zogeheten chaperonnes, helpen dit te voorkomen. Een
groep Nederlandse onderzoekers onder
leiding van Sander Tans van het FOM Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica
in Amsterdam heeft nu voor eerst opgehelderd hoe zij dat doen. Gewapend
met een optische pincet en geholpen
door computersimulaties volgden zij
het vouwen van één enkel eiwit. Ze lieten zien hoe een chaperonne voorkomt
dat het eiwit samenklontert – wat de directe oorzaak is van een ziekte als Alzheimer – of hoe een chaperonne het eiwit in een vorm houdt waarin het makkelijker door het celmembraan te transporteren is (Science, 30 november).
Volgens onderzoeksleider Tans betekent dit experiment een doorbraak:
“Tot nu toe was de werking van chaperonnes erg moeilijk te meten, omdat al
die miljarden eiwitten in een reageerbuisje zich allemaal door elkaar aan het
opvouwen zijn. Door één enkel eiwit te
isoleren, en daar experimenten aan te
doen kunnen we de rol die de chaperonne speelt tijdens het vouwen stap voor
stap volgen. Dat was tot nu toe nog niemand gelukt.” Tans werkte bij dit onderzoek samen met de groep van Arnold Driessen van de Rijksuniversiteit
Groningen.
origamiwerkje
De ruimtelijke
vorm van eiwitten bepaalt hun functie.
Door de wisselwerking van aminozuren
in de eiwitketen vouwt een eiwit zich
razendsnel. Dat is een zeer subtiel origamiwerkje, waarbij makkelijk iets mis
kan gaan. Chaperonnes leiden het vouwen in goede banen.
Wetenschappers bestuderen het vouwen van eiwitten weliswaar al jaren, onder meer ook in computersimulaties,
maar tot nu toe zonder te kijken naar de
invloed van chaperonnes, en dus in feite
los van de biologische werkelijkheid. De
door Tans en zijn collega’s ontwikkelde
technieken maken het mogelijk om ook
andere eiwitten en hun chaperonnes te
bestuderen. Wellicht zal dat dan ook tot
meer inzicht leiden in het ontstaan van
ziektes als Alzheimer.
Promovendi Ruud van Leeuwen en Philip Bechtluft gebruikten een optische
pincet, waarmee zij een eiwitmolecuul
konden beetpakken. Tans: “Daarvoor
moesten zij het eiwit eerst handen en
voeten geven in de vorm van plastic bolletjes van een paar duizendste millimeter. Zo konden zij de ene kant van een ei-
wit vasthouden met een pipet en de andere met licht. Wanneer zo’n bolletje terechtkomt in het brandpunt van een laserbundel, wordt het daar door optische
krachten gevangen. Door de lichtbundel steeds een stukje verder te bewegen,
bewogen de bolletjes uit elkaar en trokken ze aan het molecuul. Zo konden zij
het vouwwerkje van een eiwit eerst uit
elkaar trekken, en vervolgens het spontane terugvouwen volgen door de
kracht langzaam los te laten en te meten
hoe de twee bolletjes weer naar elkaar
toetrokken.”
Tans en zijn collega’s deden dit met het
bacteriële eiwit MBP (Maltose Binding
Protein) en voegden tijdens het uitvou-
·
Boven: Tekening van het mbp-eiwit
dat door de chaperonne SecB (geel) in de
houdgreep wordt gehouden. Links: Computerweergave van het mbp-eiwit in uitgerekte en opgevouwen toestand.
Illustraties Sander tans
wen en weer terugvouwen de chaperonne SecB toe. Dat MBP was ‘gebruiksklaar’ gemaakt door de groep van Arnold Driessen, die er door middel van
genetische manipulatie onder meer
voor zorgden dat aan beide uiteinden
een bolletje vast kwam te zitten. Tans:
“Omdat het eiwit zoveel kleiner is dan
de twee bolletjes, moest er ook nog een
stuk DNA tussen. Anders plakken de
potdicht De chaperonne stelt het
vouwen als het ware even uit. Dat heeft
alles te maken met de functie die het
MBP uitvoert. Het is in staat suikers te
detecteren, waarvan de bacterie leeft.
De detectie gebeurt buiten de cel, in de
ruimte tussen celmembraan en celwanden. Tans: “Om het daar te krijgen moet
het door een klein kanaal naar buiten
worden getransporteerd. Op zich is dat
al een wonder, want de celmembraan zit
potdicht, zelfs voor kleine deeltjes als
natriumionen. Alle uitwisseling vindt
netjes gereguleerd plaats door minuscule poriën. In zijn actieve vorm is het
eiwit erg stijf waardoor het veel energie
kost om het open te breken en door de
celwand te transporteren. Omdat de
chaperonne het eiwit echter in een veel
lossere toestand houdt, kan het veel
makkelijker door zo’n porie worden geduwd. Zo kost het eiwittransport weinig energie.”
De onderzoekers lieten ook zien hoe
chaperonnes voorkomen dat eiwitten
die net in de cel zijn aangemaakt direct
samenklonteren. De eiwitketen heeft
op dat moment allerlei waterafstotende
groepen aan de buitenkant, waardoor
het energetisch aantrekkelijk is om
dicht bij elkaar te gaan zitten en watermoleculen buiten te sluiten. Gezien de
enorme hoge eiwitdichtheid in de cel
zou dat ook direct gebeuren, wat funest
is voor hun activiteit. Tans: “De chaperonnes houden de eiwitten bij elkaar
vandaan en zorgen dat het vouwen ongestoord kan verlopen.”