Bacterial mechanosensitive channels. What we can learn from a simple model system, when we design it to be more complicated

Promotie: dhr. J.P. Birkner, 12.45 uur, Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Bacterial mechanosensitive channels. What we can learn from a simple model system, when we design it to be more complicated

Promotor(s): prof.dr. B. Poolman

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

Hydrophobic gating ideaal aanpassingsmechanisme van kanaaleiwit in celmebraan

In sommige kanaaleiwitten van de celmembraan is het oppervlak van de porie waterafstotend. Daardoor kan de porie, hoewel fysiek openstaand, toch ontoegankelijk zijn. Jan Peter Birkner deed onderzoek naar deze zogenaamde hydrophobic gating eigenschap bij het kanaaleiwit MscL uit de bacterie Escherichia coli.

In alle vormen van het leven zijn vloeistofstromen van groot belang; macroscopische stromen, zoals bijvoorbeeld het bloed in onze aderen of water in planten, maar ook microscopische stromen, zoals langs het grensvlak van een enkele cel of door kanaaleiwitten in de celmembraan.

Als we inzoomen op deze kanaaleiwitten, zien we dat er op nanometerschaal andere fysische beperkingen zijn voor vloeistofstromen dan de beperkingen op macroscopisch niveau. In diverse kanaaleiwitten (KcsA, nAChR, MscL) is het oppervlak van de nauwe porie sterk waterafstotend. Hoewel moleculen er theoretisch qua grootte wel doorheen moeten kunnen, worden ze door het waterafstotende karakter van de porie toch geblokkeerd. Deze fysiek open, maar biologisch gesloten waterafstotende regio regelt de inkomende en uitgaande stofstroom door middel van een mechanisme dat men “hydrophobic gating” noemt.

Het proefschrift van Birkner gaat voornamelijk over een door hem ontwikkelde nieuwe methode waarmee het mogelijk is individuele sub-eenheden van het kanaaleiwit MscL uit de bacterie E. coli te onderzoeken en te manipuleren. Hoewel het kanaaleiwit eigenlijk is opgebouwd uit vijf identieke sub-eenheden, was Birkner met behulp van deze techniek in staat om geleidelijk het waterafstotende karakter van de porie te veranderen door één voor één de sub-eenheden aan te passen en zo het proces van hydrophobic gating heel nauwkeurig bestuderen.

Birkner slaagder erin experimenteel aan te tonen dat zowel het openen en sluiten van het kanaal volledig gemoduleerd wordt door slechts een deel van een enkele sub-eenheid en dat een minimale verandering in het waterafstotende karakter van de porie al voldoende is om het kanaaleiwit te openen. Daarom lijkt dit mechanisme ideaal voor een snelle reactie op veranderende omstandigheden. Bovendien bleek dat de vijf identieke sub-eenheden tijdens de overgang van een gesloten naar een geopend kanaaleiwit asymmetrisch bewegen.

Jan Peter Birkner (Duitsland, 1980) studeerde biotechnologie aan de Fachhochschschule Oldenburg. Zijn promotieonderzoek deed hij aan de RUG, bij de subgroep Mechanosensitive ionchannels van Armağan Koçer van de vakgroep Membrane Enzymology; afdeling Biochemistry. Het werd gefinancierd met behulp van de aan Koçer toegekende NWO Vidi grant and ERC Starting grant.