Snelle voortgang bij werking spiermoleculen

Wanneer aan het einde van dit jaar Science zijn Molecule van het Jaar kiest, of wanneer er bepaald moet worden welk wetenschappelijk onderzoek de afgelopen tijd de meeste aandacht heeft getrokken, dan is er eigenlijk maar één echte kanshebber: de moleculaire motor myosine. Dit eiwit is het molecuul waar wij allemaal onze spierkracht aan ontlenen. Al vier keer verschenen er alleen dit jaar al artikelen in Nature en bijna om de twee weken wordt er in de News and Views rubriek aandacht besteed aan een ingenieus experiment.

Door eiwitmoleculen vast te hechten aan kleine balletjes of dunne naalden, kon de beweging ervan in beeld worden gebracht. En met behulp van een optische pincet konden zelfs individuele motoren worden tegengehouden en de minuscule krachten die de moleculen op elkaar uitoefenen worden gemeten.

Onze spieren zijn opgebouwd uit twee verschillende soorten eiwitten, het actine, dat de dunne vezels vormt, en het myosine, waar de dikke vezels uit bestaan. Deze kunnen langs elkaar heen schuiven en zo gezamenlijk, bijvoorbeeld tijdens een spiercontractie, een grote kracht uitoefenen. De energie voor dit proces wordt geleverd door hydrolyse van de universele energiedrager in de cel, het ATP. Bij de voortbeweging voert de kop van een myosinemolecuul een soort roeibeweging uit, waardoor deze langs het actine molecuul schuift. De verschillende 'slagen' van de motor zijn onlangs aan nader onderzoek onderworpen. Hierbij konden vervormingen in het eiwit met behulp van röntgendiffractie worden gevolgd (Nature, 6 april) Al na 50 milliseconden heeft het myosine een volledige cyclus doorlopen en is het molecuul klaar voor een volgende.

Uit recent onderzoek is inmiddels ook vast komen te staan dat het actine actief meehelpt aan de beweging door zich enigszins samen te trekken. Opnieuw met behulp van intense röntgenstralen uit een synchrotron kon deze moleculaire contractie van minder dan 1% nauwkeurig worden gemeten (Nature, 2 maart). Om op te kunnen helderen hoe hydrolyse van ATP uiteindelijk leidt tot mechanische arbeid ontwikkelden Japanse onderzoekers een uiterst gevoelige microscopische techniek, waarmee de fluorescentie van afzonderlijke moleculen kon worden waargenomen. Voor het eerst werd live de binding en reactie tussen ATP en myosine in beeld gebracht en kon de omzettingssnelheid worden gemeten (Nature, 6 april.)

Tenslotte is ook het bewegingsmechanisme van een naaste verwant van het myosine, het kinesine, dat zorgt voor het transport van organellen binnen de cel, weer wat duidelijker geworden (Nature, 23 feb.). Grappig genoeg werkt dit eiwit met twee koppen, die in een gecoördineerde arm-over-arm beweging samenwerken. Hierdoor kan het kinesine enorme afstanden over hetzelfde spoor afleggen. Helaas is de moleculaire structuur van de kop van het kinesine nog niet opgehelderd. Dat werk is dus zeker goed voor een volgend artikel in Nature. Even afwachten dus.