Eindelijk hebben Amerikaanse onderzoekers het ‘live’ gezien. Hoe twee onderdelen van een ribosoom, de eiwitfabriek van de cel, elkaar voor het eerst ontmoeten. Deze eerste date, waarin de moleculen ingewikkeld met elkaar dansen, blijkt een stuk dynamischer dan gedacht.
Het ribosoom. Onderzoekers zijn al decennia bezig om de werking van het eiwitfabriekje te te doorgronden. In 2000 publiceerden wetenschappers de eerste structuur van het ribosoom op atoomniveau. Die ontdekking was in 2009 de Nobelprijs voor de Scheikunde waard. Sindsdien hebben we een goed beeld van hoe een ribosoom er werkelijk uitziet. Althans, zodra het in elkaar zit. Het ribosoom bouwt zichzelf namelijk op vanuit losse onderdelen. Hoe komen die onderdelen samen? Dat is nu de grote vraag.
Dankzij een onderzoek van de Universiteit van Illinois begrijpen we nu iets meer van de manier waarop het ribosoom zichzelf in elkaar zet. Hoogleraar Natuurkunde Taekjip Ha en hoogleraar Scheikunde Zaida Luthey-Schulten van de Universiteit van Illinois observeerden, voor het eerst, hoe twee onderdelen elkaar ontmoeten. De resultaten staan deze week in het tijdschrift Nature.
Naaimachine
Alle ribosomen bestaan uit twee subeenheden opgebouwd uit strengen RNA en tientallen eiwitten. De complexiteit van het ribosoom is volgens Ha te vergelijken met die van een naaimachine. Gekeken naar het aantal onderdelen doen ze niet voor elkaar onder. Maar er is een groot verschil. Een naaimachine zet andere dingen in elkaar, maar kan zichzelf niet in elkaar zetten als je de losse onderdelen ergens laat rondslingeren. Een ribosoom kan dat echter wel.
In hun experiment keken de onderzoeken naar de kleinste subeenheid van het ribosoom van een bacterie. Eén van de eiwitten uit het ribosoom maakten ze fluorescerend. Daarnaast maakten ze ook twee plekken op de RNA-streng fluorescerend. De ingebouwde fluorescente moleculen gaven alle drie een verschillende kleur. Komen twee fluorescerende moleculen bij elkaar in de buurt dan gaan ze helderder gloeien. De onderzoekers kunnen hierin afleiden hoe het eiwit en RNA zich tijdens hun ontmoeting bij elkaar gedragen.
De twee onderzoekers met een computermodel van het ribosoom.
L. Brian StaufferDans van moleculen
Het eiwit en het RNA bleek een “dynamisch duo” te zijn, zegt Ha. Hij zag dat het eiwit het RNA een beetje afschermde. Maar desondanks het RNA kon nog wel van vorm veranderen. En het eiwit leek graag te willen binden wanneer het RNA een wat ongewone vorm aannam. Een vorm die in een gewoon werkend ribosoom eigenlijk niet voorkomt. Een verrassende observatie: over het algemeen was de gedachte dat eiwitten de RNA-strengen als het ware opsluiten in hun definitieve vorm.
“We zien dat het complex van eiwit en RNA niet statisch is”, zegt Ha. “Zodra het eiwit bindt aan RNA, verandert het RNA van vorm waardoor er bindingsplekken voor andere eiwitten verschijnen. Dus de bindingsplek voor het derde eiwit verschijnt niet voordat het tweede eiwit aan het RNA gebonden is.” Er is een voortdurende dans gaande tussen de onderdelen van een ribosoom.
Op sommige plekken verschilt het ribosomaal RNA in bacteriën van dat van mensen.
ThinkstockEén machine
“Dit is een technisch hoogstandje”, zegt Hans Heus, biofysisch chemicus aan de Radboud Universiteit. Zijn onderzoek richt zich ook op de structuur van RNA. “Ze beschrijven een verfijning van bestaande modellen met observatie van een interessante extra stap: het veranderen van het RNA als gevolg van binden van het eiwit.”
Heus: “Dit is interessant voor onze gedachten over het bouwen van een groot, complex, macromoleculair systeem als het ribosoom.” Want het ribosoom bestaat uit veel onderdelen die tijdens assemblage veelal hetzelfde doen terwijl er toch maar één goed geassembleerde machine uit mag komen.
Bacteriën bestrijden
Behalve de kennis die deze studie opleverde over de manier waarop het ribosoom zichzelf in elkaar zet, biedt het ook nieuwe aangrijpingspunten voor antibiotica. Het stukje RNA dat Ha en zijn collega’s in de bacterie onderzochten is namelijk uniek voor bacteriën. In menselijke ribosomen ziet dit specifieke stukje RNA er anders uit.
“Misschien kunnen we met antibiotica dit stukje bacterieel RNA aanvallen en daarbij de menselijke ribosomen ongemoeid laten”, aldus Ha. Als bacteriën hun ribosomen niet in elkaar kunnen zetten zijn ze ten dode opgeschreven.