Mensen en gist Wat biedt de toekomst? Moleculen op de foto

De Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen
heeft de Nobelprijs voor Scheikunde 2006 toegekend
aan Roger D. Kornberg voor zijn onderzoek naar de
moleculaire basis van eukaryotische transcriptie.
De Nobelprijs voor de Scheikunde 2006
De DNA-vertaler in onze cellen
In ons lichaam zit allerlei informatie opgeslagen in genen. Om deze informatie te kunnen gebruiken,
moeten de relevante delen van het DNA eerst worden gekopieerd; we noemen dit proces transcriptie. De kopie is geen DNA, maar RNA, wat lijkt op DNA maar er chemisch een klein beetje van afwijkt.
RNA bevat uiteindelijk de boodschap, het bouwplan, voor eiwitten die ervoor zorgen dat ons lichaam
werkt. Het kopiëren stopt nooit, want dan kun je niet meer leven: je lichaam heeft voortdurend nieuwe eiwitten nodig. Het is niet gemakkelijk om een proces als transcriptie goed
DNA bestaat uit verschillende onderdelen. De belang­
in beeld te brengen. Roger Kornberg is dit desondanks wel gelukt.
rijkste delen, de genen, bevatten de informatie om,
Mensen en gist
Alle groene planten, schimmels
en zoogdieren zijn eukaryoten:
organismen waarvan de cellen
goed afgebakende kernen bevat­
ten. Robert Kornberg heeft gistcel­
len gebruikt om transcriptie te bestu­
deren. Hij koos voor deze cellen omdat
ze erg op menselijke cellen lijken.
De structuur van de kristallen zorgt ervoor dat
de röntgenstralen verschillend worden afgebo­
gen. Dat geeft een specifiek patroon: de ’foto’.
Hierop kun je de structuur van het molecuul nog
niet herkennen. Met behulp van een computer
moet je dit patroon eerst doorrekenen voordat
er een driedimensionale afbeelding ontstaat.
10.000 liter gistcultuur
(150 kg gist) is gebruikt
om 2 gram puur RNApolymerase te maken
RNA-bouwstenen
worden gevangen
door het polymerase
en vastgekoppeld
aan de groeiende
RNA-streng.
via RNA, eiwitten te maken. Direct naast deze genen
vind je de zogenaamde promotoren. Deze geven
aan waar het RNA-polymerase moet beginnen met
kopiëren van het DNA naar RNA. Iedere cel in je
lichaam bevat hetzelfde DNA. Maar de promo­
toren in de verschillende lichaamscellen zijn
niet allemaal op dezelfde plaats in het DNA
geactiveerd. Op deze vernuftige manier
worden er in je lichaam alleen daar eiwit­
ten gevormd waar je ze nodig hebt.
Het DNA-molecuul
is opgerold en wordt
beschermd in de
chromosomen van
de celkern.
Moleculen op de foto
Om een foto te maken, richt je je camera op een
voorwerp en schiet je een plaatje. Moleculen
laten zich niet zo makkelijk vastleggen. Voordat
je hiervan een ’foto’ kunt maken, moet je er
eerst kristallen van maken. Daarna richt je rönt­
genstralen op de kristallen. Het plaatje dat je
daarmee krijgt, laat ’zien’ hoe de atomen in
het molecuul ten opzichte van elkaar liggen.
Wat biedt de toekomst?
Het kristal op het plaatje
is 0,1 mm groot.
Een ander woord voor het kopiëren van DNA naar
RNA is transcriptie. Het RNA-polymerase-enzym
voert deze transcriptie uit. Dit enzym kun je je
als volgt voorstellen: het is een groot bouwwerk
van moleculen dat de DNA-strengen bijeenhoudt
tijdens het kopiëren. Om dit plaatje te kunnen
maken, moest Roger Kornberg de transcriptie stop­
zetten. Dit deed hij door een belangrijk onderdeel
van het RNA-polymerase weg te laten, waardoor
er geen RNA meer kan worden bijgemaakt en de
moleculen die betrokken zijn bij de transcriptie
zijn vastgezet in de posities die ze normaal hebben
gedurende het proces.
Het plaatje is tot
stand gekomen met
beh ulp van Kennet h
Westover en David
B usc hnell van de
S tanford Universiteit.
Je moet er wel voor zorgen dat
je de juiste röntgenstralen gebruikt.
Deze moeten erg sterk zijn en van de
juiste golflengte. Met de hulp van een syn­
chrotron – een reusachtig röntgenkanon – kun je
grote biologische moleculen goed bekijken.
Het RNA brengt de informatie
om eiwitten te maken van
de celkern naar de delen
van de cel waar eiwitten
worden gemaakt. Deze
eiwitten zorgen er op
hun beurt weer voor
dat het organisme
gevormd wordt en dat
alles ook werkt.
DNA
Transcriptie wordt bestuurd door verschillende belangrijke
molecuulcomplexen. Zij helpen het RNA-polymerase het juiste
stukje op het DNA, de promotor, te vinden zodat de transcriptie
kan worden gestart. De ’mediator’ is een ander complex dat
signalen uit de omgeving doorgeeft aan het polymerase.
Het team van Robert Kornberg werkt op dit moment aan het
maken van plaatjes van dergelijke molecuulcomplexen. Hier­
mee wordt het mogelijk te begrijpen hoe de transcriptie op
moleculair niveau werkt. In de toekomst zouden we dan kun­
nen begrijpen hoe een vruchtbaar eitje zich kan ontwikkelen
tot een nieuw, zelfbesturend organisme. Ook helpt het ons
beter te begrijpen hoe cellen reageren op signalen van buitenaf
en zo zich kunnen aanpassen aan een veranderde omgeving.
Transcriptie
RNA
Eiwit
1959
Ochoa en
Arthur Korn­
berg (de vader van Roger!)
krijgen de Nobelprijs voor
fysiologie of geneeskunde
voor de biologische syn­
these van RNA en DNA.
V er d er le z e n !
1962
Crick,
Watson en
Wilkins krijgen de Nobel­
prijs voor fysiologie of
geneeskunde voor het
ontdekken van de dub­
bele DNA-helix.
1965
Jacob, Lwoff
en Monod
krijgen de Nobelprijs voor
fysiologie of geneeskunde
voor de genetische con­
trole van enzym- en vi­
russynthese.
1968
Khorana,
Nirenberg
en Holley krijgen de
Nobelprijs voor fysiolo­
gie of geneeskunde voor
het ontrafelen van de
genetische code.
 Information on the Nobel Prize in Chemistry: www.kva.se, www.nobelprize.org and www.nobelmuseum.se  scientific articles:
 Structural basis of transcription: An RNA polymerase II elongation complex at 3.3 Å resolution, by A. L. Gnatt, P. Cramer, J. Fu, D. A. Bushnell and R. D. Kornberg, Science 292, p. 1876-1882 (2001)
 Structural basis of transcription: An RNA polymerase II – TFIIB cocrystal at 4.5 angstroms, by D. A. Bushnell, K. D. Westover, R. E. Davis and R. D. Kornberg, Science 303, p. 983-988 (2004)
 Structural basis of eucaryotic gene transcription, by H. Boeger, D. A. Bushnell, R. Davis, J. Griesenbeck, Y. Lorch, J. S. Strattan, K. D. Westover and R. D. Kornberg, FEBS Lett. 579, p. 899-903 (2005)
1982
Klug krijgt
de Nobelprijs
voor scheikunde voor de
elektronenmicro­scopische
opheldering van de struc­
tuur van o.a. nucleosomen.
Printing and
Distribution
made possible by
1993
Roberts
en Sharp
krijgen de Nobel­
prijs voor fysiologie of
geneeskunde voor het
knippen (‘splicen’) van
genen.
Editors: Ulrika Björkstén, Nobel Museum, Claes
Gustafsson, KI, Lars Thelander, member of the Nobel
Committee for Chemistry, Helena Enstedt and Malin
Lindgren, The Royal Swedish Academy of Sciences.
Layout and illustrations: Typoform
Printing: Billes AB 2007
Roger D. Kornberg (1947)
Hoogleraar aan de Stanford Universiteit
in Californië, Verenigde Staten.
© The Royal Swedish Academy of Sciences,
P.O. Box 50005, SE-104 05 Stockholm, Sweden
Phone: +46 8 673 95 00, Fax: +46 8 15 56 70
e-mail: [email protected], www.kva.se
Nobel Prize® and the Nobel Prize® medal design mark
are the registered trademarks of the Nobel Foundation
Roger Kornberg
omringd door zijn
huidige medewer­
kers direct na het
bekendmaken van
de Nobelprijs voor
de scheikunde in
2006. In zijn handen
houdt hij het
resultaat van zijn
werk vast: het
model van RNApolymerase.