11 december 2017

“Er is vaak meer interessant wetenschapsnieuws dan we kunnen verwerken. Een artikel overnemen van een partnermedium is dan een mooie oplossing om onze lezers toch op de hoogte brengen. Vandaar dat ik ervoor koos dit nieuwsbericht, geschreven door René Fransen van Science Linx, op NEMO Kennislink te plaatsen. Ik heb het bericht iets aangepast, maar de inhoudelijke strekking is ongewijzigd.”

Je leest:

Positief geladen eiwitten bewegen traag

Positief geladen eiwitten bewegen traag

Elektrische lading bepaalt hoe (on)oplosbaar eiwitten zijn

Auteur: | 11 december 2017

In een levende cel is het een drukte van belang. Daarom hebben grote moleculen, zoals eiwitten, moeite om zich te verplaatsen. Maar het ligt niet volledig aan hun omvang, ontdekten Groningse onderzoekers. Als een eiwit een positieve lading heeft, remt dat enorm af.

Average prokaryote cell  nl
Schematische weergave van een prokaryotecel. Het lichtblauwe deel is het cytoplasma. Dat is hier heel ‘leeg’, maar in werkelijkheid lijkt dat op een extreem gevulde soep. Een vloeibare brij tjokvol grote en kleine moleculen.

Cellen zitten vol grote moleculen. Daardoor kunnen eiwitten, maar ook DNA en RNA – de dragers van genetische informatie – zich minder gemakkelijk via diffusie door de cel bewegen. Met diffusie wordt passief transport bedoeld, waarbij moleculen als het ware meedrijven op de stroom.

De snelheid waarmee eiwitten zich in cellen verplaatsen is belangrijk. Voor veel processen in de cel moeten eiwitten, DNA of RNA elkaar wel tegenkomen. “Maar in de cel is het een drukke bedoening en dat heeft gevolgen voor de diffusiesnelheid van eiwitten en RNA”, zegt Bert Poolman, hoogleraar biochemie aan de Rijksuniversiteit Groningen.

Drukte

De onderzoeksgroep van Poolman bestudeert de effecten van crowding ofwel de drukte in cellen op diffusie. Daarbij ontdekten ze een verband tussen de grootte van een eiwit en de diffusiesnelheid. “Maar voor sommige eiwitten vonden we dat verband juist niet, dus wilden we weten waarom dat zo was.” Het team gebruikte verschillende prokaryoten, eencellige organismen zonder celkern, zoals bacteriën, om de rol van de ionsterkte te onderzoeken. Ze kozen voor de bekende darmbacterie E. coli, een melkzuurbacterie Lactococcus lactis, en Haloferax volcanii, een zogeheten extremofiel die leeft op plekken met zeer hoge zoutconcentraties.

Voor hun experimenten maakten de onderzoekers verschillende varianten van het eiwit GFP, met verschillende elektrische ladingen, variërend van -30 tot +25. Vervolgens bekeken ze de snelheid waarmee de GFP varianten zich verplaatsten in de drie soorten eencelligen. “We zagen dat positief geladen eiwitten erg langzaam diffundeerden. Zij liepen vast in de cel”, legt Poolman uit. Verder onderzoek liet zien dat de positief geladen eiwitten zich niet aan DNA of de celmembraan bonden, maar aan het ribosoom complex. Ribosomen zijn de ‘machines’ in de cel die de eiwitten produceren.

Poolman elife
Rechts: Positief geladen eiwitten (donkerblauw) klonteren op het ribosoomcomplex (lichtblauw/geel), negatief geladen eiwitten (rood) niet. Bij hoge ionsterkte (links) is de binding met de ribosomen minder sterk.

Interessant

Een bioinformatica-analyse van alle eiwitten van micro-organismen en van organismen met een celkern (eukaryoten) liet zien dat ongeveer zeventig procent van de eiwitten een negatieve lading heeft. Poolman: “Interessant was dat de resterende dertig procent bestaat uit of membraaneiwitten of eiwitten die betrokken zijn bij de werking en vouwing van het ribosoom of boodschapper-RNA.”

Mensenmassa
Iedereen beweegt, maar toch is de een sneller dan de ander.

De membraaneiwitten zijn tijdens hun productie afgeschermd door weer andere eiwitten, zodat ze niet aan de ribosomen blijven plakken. Er zijn dus eigenlijk in de cel geen ‘vrije’ eiwitten met een dermate hoge positieve lading dat ze op de ribosomen gaan zitten. De negatieve lading van het ribosoomcomplex en de ionsterkte in de cel hebben blijkbaar een grote rol gespeeld in de evolutie van de lading van eiwitten.

Onverwacht

Dit nieuwe, onverwachte inzicht dat de mobiliteit van eiwitten afhangt van hun lading kan verklaren waarom het zo moeilijk is bepaalde eiwitten te laten maken door bacteriën met een lage ionsterkte. “Wat we zagen is dat een hoge ionsterkte de plakkerigheid van positief geladen eiwitten vermindert. Dat is een belangrijke constatering voor het ontwerpen van een productiesysteem voor eiwitten.” Het produceren van eiwitten is van groot belang voor allerlei verschillende toepassingen, zoals voeding en geneesmiddelen.

Een andere observatie is dat verschillende endosymbionten – cellen die in een andere cel leven – vooral positief geladen eiwitten hebben. “Dat verbaasde ons”, erkent Poolman. “Je zou verwachten dat al die eiwitten worden aangetrokken door de ribosomen van de endosymbionten. We kunnen vooralsnog niet verklaren hoe deze organismen weten om te gaan met de trage diffusie en de binding van die positief geladen eiwitten aan hun ribosomen.”

Bron:

  • Paul Schavemaker, Wojciech Smigiel, Bert Poolman, Ribosome surface properties may impose limits on the nature of the cytoplasmic proteome, eLife (2017), doi:10.7554/eLife30084
Dit artikel is een publicatie van Science Linx.
© Science Linx, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 11 december 2017

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.