Nature-publicatie: Hulpje bij eiwitvouwing voorkomt klontering

Groningse onderzoekers hebben, samen met collega’s uit Amsterdam en Heidelberg, aangetoond dat het chaperonne-eiwit TF1 de vouwing van nieuw geproduceerde eiwitten actief bespoedigt en de gevouwen structuur stabiliseert. Deze waarneming helpt bij het begrijpen van een fundamenteel proces in levende cellen: de correcte vouwing van eiwitten. Het onderzoek is 7 juli 2013 gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.

Een eiwit is een lange ‘kralenketting’ van aaneengeschakelde aminozuren. Zo’n ketting vouwt zichzelf al snel in een driedimensionale structuur, bijvoorbeeld doordat bepaalde aminozuren elkaar aantrekken. Juiste vouwing is essentieel voor de functie van het eiwit. Door onjuiste vouwing kunnen eiwitklonters ontstaan die schadelijk zijn voor de cel.

Uitelkaar getrokken

Chaperonne-eiwitten spelen een belangrijke rol bij de vouwing. De groep van RUG-hoogleraar Arnold Driessen heeft enkele jaren geleden, samen met collega’s van het FOM instituut AMOLF in Amsterdam, een techniek ontwikkeld om de werking van chaperonne-eiwitten te onderzoeken. Dit bestaat uit een systeem waarmee een gevouwen eiwit langzaam uitelkaar wordt getrokken, met of zonder chaperonnes. De kracht die daarvoor nodig is, vertelt iets over de structuur van het eiwit en over de invloed van de chaperonne daarop.

Stimuleert vouwing

Proeven met het modeleiwit MBP (maltose bindend proteïne) laten zien dat het chaperonne trigger factor (TF1) de gevouwen structuur van dit eiwit stabiliseert. Het eiwit uit elkaar trekken kost met TF1 aanzienlijk meer kracht dan zonder deze chaperonne. ‘We wisten dat TF1 zich bindt aan nog incomplete eiwitten die uit het ribosoom, de eiwitfabriek van de cel, komen’, vertelt Driessen. ‘Maar de meningen waren verdeeld over de exacte functie van TF1.’ Eén school meende dat TF1 alleen een kleine ‘oneffenheid’ in eiwitten zou recht strijken en verder niets. Een andere school dacht dat TF1 de juiste vouwing van eiwitten stimuleert. ‘Ons werk laat zien dat dit laatste het geval is.’

Voorkomt eiwitklonters

MBP is een relatief klein eiwit. Daarom is ook een groot eiwit onderzocht dat bestaat uit vier aan elkaar gekoppelde MBP eiwitten. ‘Wanneer je dat uit elkaar trekt en dan weer laat vouwen, krijg je een structuur die niet meer opnieuw uit elkaar te trekken is’, zegt Driessen. ‘Dit duidt erop dat het eiwit in een onontwarbare kluwen is geraakt.’ Toevoegen van TF1 voorkomt dit. Het eiwit vouwt met TF1 weer netjes terug in zijn oorspronkelijke vorm. ‘Dit laat zien dat TF1 het ontstaan van eiwitklonters voorkomt.’

Stimuleert actief

Dit is de eerste keer dat direct is waargenomen hoe een chaperonne de vouwing van een eiwit actief stimuleert. Vijf jaar gelende toonde de groep van Driessen met hetzelfde systeem ook al als eerste aan dat een andere chaperonne, SecB, eiwitten tijdelijk in de ongevouwen vorm houdt. ‘Dat gebeurt om deze eiwitten gemakkelijker uit de cel te kunnen transporteren.’

Juiste vorm

Driessen is vooral geïnteresseerd in de manier waarop cellen hun eiwitten uitscheiden. Chaperonnes helpen daarbij door eiwitten in de juiste vorm (gevouwen of ongevouwen) te houden. Maar de kennis die zijn onderzoek oplevert is ook bruikbaar bij de bestudering van ziekten die ontstaan door verkeerde eiwitvouwing. ‘Onze techniek levert daarvoor belangrijke informatie en zal ons op termijn vertellen hoe chaperonne eiwitten samenwerken om de juiste vouwing te bewerkstelligen.’

Meer informatie: prof.dr. Arnold Driessen

Referentie: Reshaping of a protein's conformational search by the chaperone Trigger Factor. Alireza Mashaghi, Günter Kramer, Philipp Bechtluft, Beate Zachmann-Brand, Arnold J. M. Driessen, Bernd Bukau and Sander J. Tans, Nature, 7 july 2013

DOI: 10.1038/nature12293

The following funding acknowledgements from the authors appear at the end of the paper: Work in the laboratory of S.J.T. is part of the research program of the Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), which is financially supported by the Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijke Onderzoek (NWO). Work in the laboratory of B.B. and G.K. is supported by grants from the Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 638, FOR967).