Verkeersagent FG-Nup heeft een razendsnelle edoch fexibele sleutel om eiwitten (NTR) te herkennen. Links de gebruikte onderzoekmethodes (afb: Cell)

In de cel is het een zooitje. Vele duizenden eiwitten wirrelen er door elkaar en houden toch, onder veel meer, de communicatie in stand tussen de kern en de rest van de cel. Hoe komt het dat die wirwar er toch voor zorgt dat er op tijd maatregelen genomen worden tegen, bijvoorbeeld, ongewenste verbindingen die de cel zijn binnengedrongen? Met behulp van deels computersimulatie, deels experimenten, denken onderzoekers nu het antwoord op die vraag te kennen. Het zeer bewegelijke eiwit FG-Nup kan zich binnen een miljardste seconde (zwak) hechten aan zogeheten kerntransportreceptoren (NTR) en zo bepalen of zogeheten transportreceptoren de poriën van het kernmembraan mogen passeren. FG-Nup fungeert in die communicatie als een soort verkeersagent.

Eiwitten, en dat is natuurlijk handig, kunnen elkaar herkennen. Dat kunnen ze, volgens het sleutel/slot-principe, maar met een paar andere eiwitten doen. Wat gebeurt als die sleutel extreem beweeglijk is zoals met intrinsiek ongeordende eiwitten (in Engelse afko IDP’s) waartoe onder veel meer FG-Nup behoort, zo vroegen de onderzoekers rond Edward Lemke van het EMBL in Heidelberg zich af. Om daar achter te komen verbonden ze computersimulaties met opnamen van afzonderlijke moleculen met de FRET-microscoop, met kernspinresonantie-opnamen, zogenaamde ‘stopped flow’-spectroscopie en het volgen van deeltjes in cellen. Ze kwamen er tot hun verrassing achter dat bewegelijke, spaghetti-achtige eiwitten (die FG-Nup) goed hun bindingspartners herkennen, beter nog dan stijve eiwitten. Die soepele eiwitten binden (en herkennen dus) razendsnel, zonder dat ze inboeten aan nauwkeurigheid. De onderzoekers denken dat deze ‘chaotische’ eiwitten vooral voorkomen in hogere levenssoorten. Onderzoekers hadden gedacht dat de IDP-sleutel om in het slot te passen op het te herkennen eiwit, zichzelf steeds verbouwt, maar Lemke c.s. kwamen er achter dat het niet zo zit. “De experimenten over de binding tussen de receptor en het ongeordende eiwit leken niks op te leveren. Dat eiwit bleef eenmaal verbonden net zo beweeglijk”, zegt medeonderzoeker Davide Mercadante van het Heidelbergse instituut voor theoretische studie (HITS). Het verrassende was dat de grote flexibiliteit van IDP inderdaad helpt in het slot te passen, in dit geval van de transportreceptor die eiwitten in en uit de celkern voert. Uit simulaties kwam naar voren dat die bindingen heel snel moesten zijn, sneller dan ooit eerder gevonden zijn bij bindingen van deze aard. Het zou om een nieuw ontdekt type binding gaan.
De onderzoeksresultaten helpen te begrijpen hoe het, overdrukke, verkeer en vooral de verdediging is de cel geregeld is. Lemke: “Om in leven te blijven is er in cellen een druk verkeer van moleculen in en uit de celkern. Ons onderzoek verklaart de zogeheten transportparadox. Dat transport moet zowel snel als nauwkeurig zijn om van ongewenste moleculen af te komen en ons genoom te beschermen.” Uit de studie bleek dat er vele bindingslocaties op het oppervlak van FG-Nup zitten die erg snel reageren. Daardoor kan de sleutel razendsnel veel sloten herkennen, zodat de receptoren razendsnel door de poriën van het celkernmembraan kunnen glippen die gevuld is met die flexibele eiwitten. Omdat 30 tot 50% van de eiwitten in het menselijk lichaam flexibel zouden zijn, zou dat een verklaring kunnen vormen waarom de informatie in een cel zo snel reist, onontbeerlijk voor het overleven van de cel.

Bron: Alpha Galileo