Eiwitsymfonie in een bakkersgist

Niet zozeer de genen definiëren een organisme, maar het samenspel van eiwitten die ze voorschrijven. Simpel gist geeft daarvan een eerste indruk....

DE MENS bezit ongeveer dertigduizend genen, slechts twee keer zoveel als een fruitvliegje. Wetenschappers keken enigszins beteuterd toen dit nieuws vorig jaar bekend werd bij de ontrafeling van het menselijke genoom.

Elk gen bestaat immers uit een stukje erfelijk materiaal (DNA) dat codeert voor de aanmaak van één enkel eiwit. Met dertigduizend genen kunnen in principe dus slechts dertigduizend verschillende eiwitten worden gemaakt. Dat lijkt weinig voor een heel mens.

Kennelijk bepaalt het aantal eiwitten dat een organisme kan maken, niet volledig het verschil in ontwikkelingsniveau van mens en vlieg. Hoe en op hoeveel manieren die eiwitten samenwerken, is veel belangrijker. Dat blijkt ook uit twee artikelen in Nature van 10 januari. Twee onderzoeksteams legden in één klap een groot gedeelte van het netwerk van eiwit-interacties in bakkersgist bloot.

Eiwitten zijn belangrijke stoffen. Het zijn de bouwstenen van bijvoorbeeld spieren en ze bevorderen biologische processen, zoals de vertering van voedsel. Om efficiënt te functioneren komen eiwitten samen in complexen. Eiwitten die samen een complex vormen, voeren elk een deel van een gezamenlijke taak uit, bijvoorbeeld de reparatie van DNA-schade.

Het bestuderen van deze samenwerking is ingewikkeld. Het is moeilijk eiwitcomplexen uit cellen te isoleren. Elk eiwitcomplex ziet er anders uit en heeft daarom een aparte isolatie-methode nodig. Dat maakt onderzoek tijdrovend en kostbaar.

De twee onderzoekteams uit Nature gebruiken een universeel toepasbaar eiwit-label om dit probleem te omzeilen.

De onderzoekers, verbonden aan de bedrijven Cellzome uit Duitsland en MDS Proteomics uit Canada, gebruiken bakkersgist als modelorganisme. Deze eencellige schimmel is makkelijk te kweken en bevat bovendien een groot aantal eiwitten waarvan de functie bekend is. Veel gisteiwitten hebben zelfs tegenhangers in menselijke cellen. Hoe deze gisteiwitten samenwerken, kan dus iets zeggen over de manier waarop eiwitten met dezelfde functie in mensen samenwerken.

Om een eiwit te labelen moeten onderzoekers knutselen aan het bijbehorende gen. Er wordt een stukje merker-DNA achter het gen geplakt. Wanneer van dit gemerkte DNA een eiwit gemaakt wordt, ontstaat een fusie-eiwit: een eiwit met een kunstmatig staartje. Dat aanhangsel is zo klein dat het de biologische functie van grote eiwitten meestal niet verandert.

De onderzoekers gebruiken de fusie-eiwitten als 'aas' om andere eiwitten te lokken. Ze laten de gistcellen met daarin de fusie-eiwitten een paar dagen groeien. Het 'lokaas' krijgt zo de kans complexen te vormen met eiwitten waarmee het onder natuurlijke omstandigheden samenwerkt. Daarna worden de cellen lek geprikt. In de celsoep die wetenschappers zo in handen krijgen, dobberen allerlei stoffen rond.

De complexen met het fusie-eiwit worden tussen deze stoffen 'uitgevist' door het fusie-eiwit aan zijn kenmerkende staartje uit de celsoep te trekken.

Het Duitse onderzoeksteam begon met 598 fusie-eiwitten, waarvan tweederde tegenhangers had in de mens. Met dit lokaas vingen ze 232 verschillende eiwitcomplexen. Deze complexen werden uit elkaar gepeuterd en bleken uit 2 tot 83 eiwitten te bestaan. Vele eiwitten kwamen in meerdere complexen voor. Zo kon een ingewikkeld netwerk van eiwit-interacties opgesteld worden.

'Dit onderzoek is indrukwekkend', zegt prof. dr. Albert Heck van de vakgroep biomoleculaire massaspectometrie van de Universiteit Utrecht. 'Tot nu toe keken we vooral naar één-op-één interacties, tussen twee eiwitten. En we waren blij als we een enkel eiwitcomplex konden bestuderen.'

'Een integrale bestudering van eiwitten is ontzettend zinnig', zegt ook prof. dr. Jack Pronk van de vakgroep microbiologie aan de Technische Universiteit Delft.

De farmaceutische industrie onderzoekt hoe eiwitten samenwerken in zieke cellen. Alleen door naar het totale web van eiwit-interacties te kijken, kan bepaald worden waar een medicijn efficiënt in kan grijpen.

Pronk: 'We moeten af van de klassieke benadering waarin elk lab naar zijn eigen favoriete eiwit kijkt, denkend dat uiteindelijk alle puzzelstukjes in elkaar zullen vallen.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden