Je leest:

Instabiel eiwit is de hoofdschakelaar voor celdeling

Instabiel eiwit is de hoofdschakelaar voor celdeling

Piek in eiwitproductie is startsignaal voor delingsproces

Auteur: | 7 november 2019

Hoe besluit een cel dat het tijd is om zich te delen? Omdat dit veel energie kost, moet het precies op het juiste moment gebeuren. Dit lijkt de snelle toename van een heel instabiel eiwit te zijn.

Gistcellen met lichtgevende eiwitten: GFP (groen) en RFP (rood)
Paolo Guerra

Cellen investeren nogal wat energie in celdeling. Ze moeten dus op de een of andere manier ‘besluiten’ of delen verstandig is, of dat ze nog beter even in rust kunnen blijven. Maar hoe die besluitvorming precies verloopt is nog niet opgehelderd. Een team wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen heeft nu, samen met collega’s uit Zwitserland en België, aangetoond waardoor dat besluit valt in gist. Ze ontdekten dat net voordat een gistcel zich gaat delen er een belangrijke toename is in de concentratie van een zeer instabiel eiwit, met de naam Cln3. De toename in Cln3 lijkt een signaal waardoor de cel ziet of de omstandigheden gunstig zijn voor een geslaagde celdeling.

Zo’n dertig jaar geleden bleek dat een eiwitcomplex genaamd CDK de belangrijkste regulator is van de celdeling. Maar het exacte mechanisme dat de cel aan een nieuwe ronde celdeling laat beginnen bleef onbekend. Drie jaar geleden liet Matthias Heinemann, hoogleraar systeembiologie aan de Rijksuniversiteit Groningen, zien dat oscillaties (regelmatig herhalende bewegingen) in de stofwisseling van de cel optreden als ‘dirigent’ van het proces. Zijn onderzoeksgroep heeft nu een nieuw stukje van de puzzel gevonden, een eiwit in gist met de naam Cln3.

Groen licht

Het was al bekend dat dit Cln3 een complex vormt met CDK, wat vervolgens een proces in gang zet waardoor de cel aan een nieuwe delingscyclus – het complete proces van celdeling – begint. “Maar omdat de concentratie van Cln3 tijdens de hele celcyclus constant blijft, was het onduidelijk hoe dit eiwit het besluit om te gaan delen kon beïnvloeden”, legt Heinemann uit. Daarnaast is Cln3 een zeer instabiel eiwit, wat het moeilijk maakt om de concentratie ervan te meten. Zodra het is aangemaakt, breekt het direct weer af.

Uitgelicht door de redactie

Klimaatwetenschappen
Je bent niet (veel) sneller thuis nu de snelheid wordt verlaagd

Maatschappijwetenschappen
Kom jij nog wel uit je eigen filterbubbel?

Scheikunde
Verborgen schatten in ons afvalwater

Om de rol van Cln3 in de celdeling te onderzoeken, had Heinemann’s team een manier nodig om de productiesnelheid van Cln3 in de tijd te meten. De klassieke manier om dat te doen is door aan het gen (het stukje DNA met de instructies voor een eiwit) voor Cln3 een gen te koppelen voor de productie van GFP, een eiwit dat groen licht geeft. Daardoor ontstaat het Cln3-GFP combinatie-eiwit dat groen oplicht. “Maar in dit geval wordt het GFP gelijk met het Cln3 afgebroken, zodat er geen licht zichtbaar is”, legt Andreas Milias-Argeitis, universitair docent in de groep van Heinemann, uit. Dit probleem losten ze op door een klein eiwitje tussen Cln3 en GFP in te plaatsen. “Dat extra eiwitje breekt spontaan doormidden, zodat het GFP weer vrijkomt van het Cln3 zodra het combinatie-eiwit is gemaakt. Daarna wordt het Cln3 afgebroken, maar het GFP blijft zichtbaar in de cel aanwezig.” Op die manier is de snelheid waarmee Cln3 wordt aangemaakt te meten.

Onderzoeker Athanasios Litsios bedacht het idee van het spontaan brekende eiwitje. Hij heeft vervolgens een groot aantal metingen uitgevoerd van de concentratie GFP in individuele cellen en van het volume van die cellen. Uit die metingen bleek dat de concentratie Cln3 een piek vertoont net voordat de cel besluit om te gaan delen. Heinemann legt uit dat er al eerder metingen van de Cln3 concentratie zijn gedaan, maar daar ging het om gemiddelde waarden in grote aantallen cellen. “In dat geval verdwijnt de piek in de concentratie van Cln3, omdat die niet in alle cellen gelijktijdig optreedt.”

Beslissende piek

Fluorescentie microscoop waarmee de lichtgevende eiwitten in de gistcellen te zien zijn
Paolo Guerra

Wat opviel is dat de piek in concentratie optrad tijdens een fase waarin de snelheid van waarmee de eiwitten worden aangemaakt groter was dan de snelheid waarmee het volume van de cel toenam. Milias-Argeitis: “Het betekent dat er een ontkoppeling is tussen eiwit productie en de stofwisselingsprocessen die zorgen voor toename in volume van de cel.” Deze ontkoppeling kan een deel verklaren van de oscillaties in de stofwisseling die Heinemann eerder ontdekt heeft, en die ook een rol spelen bij de celdeling.

De resultaten van dit onderzoek suggereren dat de beslissing van een cel om te gaan delen valt als er een piek is in de concentratie van Cln3 en dat die piek weer het gevolg is van een toename in de snelheid van eiwitproductie. Misschien werkt dit systeem als een manier waarop de cel kan ‘vaststellen’ of de omstandigheden goed zijn voor eiwit productie – want dat is nodig voor een geslaagde celdeling. Heinemann stelt dat de observatie van een toename in eiwitproductie vlak voor het besluit om te gaan delen intrigerend is. “We moeten hier verder naar kijken, om te ontdekken welke processen verantwoordelijk zijn voor die toename en welke mechanismen daar voor zorgen.”

Bron:

Athanasios Litsios, et al., Differential scaling between G1 protein production and cell size dynamics promotes commitment to the cell division cycle in budding yeast, Nature Cell Biology (2019), doi:doi.org/10.1038/s41556-019-0413-3

Dit artikel is een publicatie van Science Linx.
© Science Linx, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 07 november 2019

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.