Je leest:

Stofwisseling dirigeert de celdeling

Stofwisseling dirigeert de celdeling

Eiwitten vormen het orkest, stofwisseling bepaalt het ritme, stellen Groningse onderzoekers

Auteur: | 16 december 2016

Levende cellen ondergaan een doorlopende cyclus van groei en deling. Dit cruciale proces wordt gecontroleerd door een speciaal eiwitcomplex. Maar volgens Groningse onderzoekers is dat niet het complete verhaal. De stofwisseling voert de rol uit van dirigent, zo schrijven ze in het tijdschrift Molecular Cell.

Het leven van een cel volgt een strikt gecontroleerde cyclus van het kopiëren van het DNA, groei van de cel en vervolgens celdeling. In de nieuwe cellen begint het proces weer opnieuw. Het is van levensbelang dat deze cyclus nauwkeurig verloopt en dat de verschillende stappen precies op elkaar afgestemd zijn.

De cel beschikt daarom over zogeheten ‘checkpoints’, controlepunten in het proces die voorkomen dat cellen gaan delen als er iets niet in orde is. Bijvoorbeeld omdat het DNA niet zorgvuldig is gekopieerd. Uit eerder onderzoek is bekend dat het cycline-afhankelijke kinasecomplex, een complex van verschillende eiwitten, deze cyclus reguleert. Een belangrijke ontdekking waarvoor in 2001 de Nobelprijs werd toegekend.

“Maar er zijn aanwijzingen dat dit niet het hele verhaal is”, zegt Matthias Heinemann, hoogleraar Systeembiologie aan de Rijksuniversiteit Groningen. Een van die aanwijzingen was dat cellen ook gewoon kunnen delen wanneer het cycline-afhankelijke kinasecomplex enkele onderdelen mist. Heinemann vermoedde dat regelmatige patronen (oscillaties) in de stofwisseling de maat van de celdeling bepalen. “We wisten dat de stofwisseling vaak synchroon oscilleert met de celcyclus. Dus misschien was dit een apart controlemechanisme.”

Mitosis in onion cells
Cellen uit de wortels van een ui in verschillende stadia van de celdeling. In sommige cellen is duidelijk te zien dat de celkern net in tweeën is gesplitst.

Heinemann onderzocht dit idee door de stofwisseling in individuele gistcellen enkele dagen nauwkeurig te volgen. Hij concentreerde zich op belangrijke indicatoren van de stofwisseling: de elektronendrager NADH en de energiedrager ATP. De concentraties van deze moleculen vertonen een regelmatig patroon, in een ritme dat doorgaans synchroon loopt met de celcyclus. Heinemann: “Maar we zagen soms cellen die niet deelden, terwijl ze wel de oscillaties in de stofwisseling vertoonden.”

Sean newhouse viii mi%c4%99dzynarodowy konkurs dyrygent%c3%b3w fs 2007 002
In de rol van dirigent bepaalt de stofwisseling het ritme van de celdeling.

Niet bij te houden

Het ritme van de stofwisseling blijkt onafhankelijk te zijn van de celcyclus en wordt bovendien sneller wanneer de cellen goed doorvoed zijn. Bij slechte voeding vertraagt de snelheid. “Wij betogen dat de stofwisseling en het cycline-afhankelijke kinasecomplex gekoppelde oscillatoren zijn, die samen de groei en deling van cellen reguleren.” Anders gezegd: het cycline-afhankelijke kinasecomplex is het orkest, terwijl de oscillaties van de stofwisseling als een dirigent het ritme bepalen.

“Als de stofwisseling te snel of te traag gaat, kan de celcyclus het ritme niet bijhouden”, zegt Heinemann. Beide spelers hebben een eigen natuurlijke frequentie. Onder normale omstandigheden zijn die twee gekoppeld; ze nemen dan een gezamenlijke frequentie aan die het celdelingsproces bepaalt. Maar onder bepaalde omstandigheden, bijvoorbeeld bij ziekte, kunnen de ritmes van de stofwisseling en de celdeling uit elkaar gaan lopen, zo laten experimenten zien.

Biologen zullen hun kijk op de regulatie van de celcyclus moeten bijstellen, denkt Heinemann: “De huidige visie is te smal en kan bijvoorbeeld niet verklaren waarom de celdeling doorgaat als een deel van het cycline-afhankelijke kinasecomplex is verwijderd.” Een belangrijke rol voor de stofwisseling is ook aannemelijk vanuit evolutionair perspectief. “Je verwacht dat de vroegste cellen of proto-cellen een simpel controlesysteem hadden om de deling te reguleren. Dan is de stofwisseling een voor de hand liggende kandidaat.” Dit nieuwe perspectief kan uiteindelijk ook belangrijk zijn voor de geneeskunde. “De meeste tumorcellen hebben een sterk verhoogde stofwisseling. Ingrijpen in de stofwisseling zou een manier kunnen zijn om de celdeling van tumoren te remmen.”

Bron:

A. Papagiannakis, et al., Autonomous metabolic oscillations robustly gate the early and late cell cycle, Molecular Cell (2016), doi:10.1016/j.molcel.2016.011.018

Dit artikel is een publicatie van Science Linx.
© Science Linx, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 16 december 2016

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.