Gist en bacterie knippen hun eiwitten anders in stukken

Veel van de duizenden eiwitten die hun werk in de cel verrichten, zijn slechts gedurende een korte tijdspanne actief. Ze helpen bij de celdeling, of bij het vernietigen van binnengedrongen virussen.

Zodra de taak van de eiwitten erop zit, moeten ze worden opgeruimd. Daarvoor krijgen ze eerst een merk; herkenning van dat merk leidt vervolgens tot afbraak in een speciaal celorgaan, het proteasoom. Naast afbraak van 'uitgewerkte' eiwitten, verzorgt het proteasoom ook de afbraak van verkeerd gevouwen of foutief samengestelde eiwitten. Bovendien worden binnengedrongen virussen naar het proteasoom geleid en daar in stukken (peptiden) geknipt. De peptiden komen daarna op het celoppervlak terecht waar ze worden herkend door het patrouillerende afweersysteem. Dat zorgt er vervolgens voor dat de geïnfecteerde cel wordt vernietigd.

Werking en opbouw van het proteasoom waren tot voor enkele jaren onduidelijk. Twee jaar geleden slaagden onderzoekers van het Max Planck-Institut für Biochemie in het Duitse Martinsried er in om de kristalstructuur van het proteasoom van een prokaryoot organisme (zonder celkern) te bepalen. Het ging om de bacterie Thermoplasma acidophilum (Science, 28 april). Dezelfde groep heeft nu eveneens de kristalstructuur van het proteasoom van een eukaryoot organisme (cellen hebben kern met daarin het erfelijk materiaal) opgehelderd: van de gist Saccharomyces cerevisiae (Nature, 3 april). Oppervlakkig vertonen beide proteasomen eenzelfde opbouw: ze zijn opgebouwd uit vier op elkaar gelegen ringen van elk zeven onderdelen. Eiwitafbraak gebeurt in de cylindrische ruimte die de twee centrale ringen vormen. Uit het proteasoom komen uiteindelijk stukken van acht of negen aminozuren (de bouwstenen van eiwitten) tevoorschijn.

Het proteasoom van de bacterie en de gist vertonen ook duidelijke verschillen. Het meest frappant is het verschil in de afbraak van eiwitten. In de centrale ruimten bevinden zich verschillende sites, elke site herkent een specifiek aantal aminozuren. Een af te breken, lijnvormig eiwit komt zo'n ring binnen; een van zijn bouwstenen koppelt aan 'zijn' site, het eiwit wordt vervolgens op die plaats in tweeën geknipt. In de twee centrale ringen van het gistproteasoom herkennen de Duitse biochemici drie verschillende sites, in het bacteriële proteasoom slechts één.

Bovendien heeft het bacterieel proteasoom aan beide uiteinden een flinke opening waardoor de af te breken eiwitten makkelijk naar binnen worden geleid. Bij het gisteiwit is die opening geblokkeerd. Wil een eiwit via de uiteinden binnenkomen dan zal eerst de blokkade moeten worden opgeheven. Daarnaast zitten er gaten in de zijkant van het gistproteasoom, bij het bacterieel proteasoom ontbreken deze gaten. Volgens de auteurs zouden ze een alternatieve ingang voor af te breken eiwitten kunnen bieden.