Wetenschappers wisten al dat motoreiwitten die vracht vervoeren over het wegennetwerk van de cel dwalen. Maar niemand had de motoren ooit in actie gezien. Tot nu. Britse en Japanse onderzoekers legden deze bewegende voertuigen vast.
Motoreiwit dyneïne wandelend over een microtubulus.
Lander lab, The Scripps Research InstituteVoorheen lukte het alleen om motoreiwitten in de cel te volgen door er fluorescente moleculen aan te binden en de oplichtende stipjes te bekijken met een lichtmicroscoop. Alsof je in een vliegtuig zit en onder je koplampen ziet bewegen in de stad zonder de werkelijke auto te zien, legt moleculair bioloog Hiroshi Imai van de University of Leeds (Engeland) uit in een video. Maar nu slaagden Imai en collega’s er voor het eerst wel in om daadwerkelijk een glimp op van een motoreiwit in actie op te vangen. Het lukte door er naar te kijken via een elektronenmicroscoop. Dat staat deze week in het vakblad Nature Communications.
Klimrek
Binnen een levende cel zijn motoreiwitten de voertuigen die vracht vervoeren, zoals mRNA en groeifactoren. Ze bewegen zich over holle eiwitbuisjes, genaamd microtubuli, door het energiemolecuul ATP om te zetten in kinetische energie.
De onderzoekers keken naar dyneïne, de grootste onder de motoreiwitten. Dyneïne heeft twee identieke aan elkaar gebonden motoren in de vorm van een donut. Daaruit steken twee lange armen met daaraan een haak waarmee het eiwit zich aan een microtubulus vasthoudt. Het stapt over deze moleculaire weg door bindingsplaatsen vast te grijpen en los te laten. Een beweging die te vergelijken is met een een mens die in een klimrek slingert.
Ongebruikelijke wandelaar
Imai, die de experimenten deed, zette dyneïne in het lab op een microtubulus en voegde het energiemolecuul ATP toe aan het mengsel. Met een elektronenmicroscoop maakte hij duizenden afbeeldingen van de wandelende motoren. Die afbeeldingen werden uiteindelijk gecombineerd tot één duidelijk beeld van een dyneïne in actie.
Het motoreiwit is een ongebruikelijke wandelaar. Dyneïne is veel flexibeler dan verwacht. Het heeft een soort scharnier tussen de armen en de grijphaak – vergelijkbaar met de pols tussen arm en hand – waarmee het zich tijdens het wandelen onder verschillende hoeken aan de weg vasthoudt.
Door die hoek aan te passen krijgt dyneïne een andere structuur, waardoor de stappende beweging ook anders wordt. De armen zijn twintig nanometer lang, maar de grijpplaatsen op de weg liggen slechts acht nanometer uit elkaar. Het motoreiwit kan dus binden aan de dichtstbijzijnde bindingsplaats, maar kan met zijn flexibele haak ook de bindingsplaats daarop of zelf een nog verder weg pakken.
Hier zijn meerdere motoreiwitten te zien op een microtubulus.
H. Imai et al., Nature CommunicationsLaden en lossen
Met name vanuit fundamenteel oogpunt is de studie naar motoreiwitten interessant. Door de aanvoer van stoffen via celtransport kunnen de verschillende delen van de cel zich specialiseren. Zonder infrastructuur doet elk stukje van de cel hetzelfde en zou complex cellulair leven niet bestaan.
Daarnaast zijn de motoren voor medisch onderzoek boeiend, vertelt Imai in de video. “Veel virussen kapen motoreiwitten en liften zo mee naar de celkern waar ze zichzelf kunnen vermenigvuldigen.” Ook van verschillende neurodegeneratieve ziekten is tegenwoordig bekend dat mutaties in dyneïne eraan ten grondslag liggen. Imai: “De volgende grote uitdaging is om te begrijpen hoe de vracht geladen en gelost wordt van deze motoren en hoe dat gezondheid en ziekte beïnvloedt.”