De onderbroken geboorte van een membraaneiwit

Cryo-elektronenmicroscopische structuur van het Ribosoom met daaraan gebonden het SRP. De subunits 50S en 30S van het ribosoom zijn weergegeven in blauw en geel, het SRP is aangegeven in rood.

De Leidse onderzoekers Roman Koning, Jan Pieter Abrahams en Henk Koerten hebben, samen met een onderzoeksgroep in Zürich, de structuur blootgelegd van het ribosoom van een E.coli bacterie, met daaraan gebonden een signal recognition particle (SRP). Ze gebruikten hiervoor cryo-elektronenmicroscopie. Hun resultaten verschenen zondag 29 oktober in een advance online publication in Nature.

Translatie
Ribosomen worden wel 'eiwitfabriekjes' genoemd. Het ribosoom zet het genetische materiaal om in eiwitten - het zogenoemde translatieproces - en is daarom een van de belangrijkste structuren in een cel.

Nieuwe basale kennis over dit translatieproces is dan ook altijd erg welkom. 'Dat is ook de reden dat Nature het wilde publiceren', zegt Roman Koning, die de elektronenmicroscopische opnames heeft gemaakt en het leeuwendeel van het Leidse onderzoek deed. Koning werkt in het LUMC als moleculair celbioloog.

Sinds 2000, toen er voor het eerst röntgenstructuren van ribosomen zijn gemaakt, heeft het structureel onderzoek naar ribosomen een enorme vlucht genomen.

Membraaneiwitten
De meeste eiwitten zijn gewoon in water oplosbaar en kunnen meteen al zwemmend hun werk gaan doen in de cel als ze uit het ribosoom komen. Maar er zijn ook eiwitten die in membranen zitten, en niet volledig wateroplosbaar zijn. Ze moeten daarom direct nadat ze zijn gemaakt naar het membraan toegebracht worden. Deze eiwitten hebben een speciale sequentie.

Het SRP heeft de taak die sequentie te herkennen. Het SRP bindt aan een ribosoom op de plaats waar het eiwit eruit komt, en scant de groeiende eiwitketen: is het een membraaneiwit of niet?

Stabiel complex
Als het inderdaad gaat om een membraaneiwit in-de-maak, zorgt het SRP ervoor dat het ribosoom zijn werk staakt, en vormt samen met het ribosoom en de eiwitketen een stabiel complex, dat aan een membraangebonden eiwitcomplex bindt. Dan wordt het gestopte translatieproces voortgezet, waarna het eiwit in het membraan, de plaats van bestemming, terechtkomt.

De onderzoekers hebben zowel de structuur zónder als mét de groeiende membraaneiwitketen blootgelegd. Zonder eiwitketen hangt het SRP half los aan het ribosoom, waar het zit te wachten tot er een speciale sequentie langskomt. Met de eiwitketen neemt het ribosoom-SRP-complex een heel andere structuur aan, die naar een membraan wordt gedirigeerd.

Roman Koning

Jan Pieter Abrahams

Henk Koerten

Prokaryoten
E.coli bacteriën worden in het onderzoek veel gebruikt als modelbacterie. Bacteriën zijn prokaryoten. Dat zijn eencellige organismen zonder celkern. Hun DNA zit in het cytoplasma. Organismen die zijn opgebouwd uit cellen die wel een celkern hebben heten eukaryoten. Voor eukaryoten was de structuur van het ribosoom met SRP al eerder opgehelderd. Die is veel groter, en het SRP heeft ook interacties met heel andere delen van het ribosoom.

Infectieziekten
Prof.dr. Jan Pieter Abrahams, hoogleraar biofysische structuurchemie: 'Bacteriën kunnen eiwitten ook uitscheiden, bijvoorbeeld om andere cellen te infecteren. Wanneer we meer weten van het proces van translatie, door zichtbaar te maken wat er precies gebeurt, kunnen we misschien nieuwe strategieën ontwerpen voor het behandelen en voorkomen van infectieziekten.'

Resolutie van 1 tot 2 nanometer
Elektronenmicroscopen hebben een veel groter oplossend vermogen dan lichtmicroscopen. Met cryo-elektronenmicroscopie worden structuren bekeken nadat ze heel snel bevroren zijn tot 170 graden onder nul. Door die lage temperatuur kunnen ze niet veranderen. Met de combinatie van een cryo-elektronenmicroscoop en beeldverwerkingsmethoden voor losse deeltjes kan de driedimensionale structuur worden opgehelderd met een resolutie van 1 tot 2 nanometer.

-----------
Christiane Schaffitsel, Miro Oswald, Imre Berger, Takashi Ishikawa, Jan Pieter Abrahams, Henk K. Koerten, Roman I. Koning & Nenad Ban,
Structure of the E.coli signal recognition particle bound to a translating ribosome
Nature, advance online publication, 29 oktober 2006

Dr. Henk Koerten en dr. Roman Koning zijn verbonden aan het Leids Universitair Medisch Centrum (Moleculaire Celbiologie, onderzoeksgroep Microscopische Beeldvorming en Technologie)

 

Prof.dr. Jan Pieter Abrahams is als hoogleraar biofysische structuurchemie verbonden aan de Universiteit Leiden. (Leiden Institute of Chemistry, onderzoeksgroep Biophysical Structural Chemistry)

 

  

(31 oktober 2006/HP)