Moleculair bungy-koord titine beschermt spieren

Dat we onze spieren bij een stevige inspanning niet uit elkaar trekken is te danken aan slechts één eiwit. Dit meer dan een micrometer lange, uit 30.000 aminozuren opgebouwde titine zorgt ervoor dat de twee motoreiwtten die de feitelijke spierbeweging verzorgen onder alle omstandigheden netjes langs elkaar heen kunnen blijven schuiven.

Daarvoor moet het wel aan een aantal eisen voldoen. Wanneer een spier samentrekt mag het titine eigenlijk geen weerstand bieden en bijna 'ongemerkt' langer worden. Maar wanneer een spier overspannen dreigt te raken, moet het juist hard terugtrekken, om de spier niet te laten scheuren.

Zelfs moderne polymeer-chemici zouden heel wat moeite hebben om een materiaal met dergelijke eigenschappen te ontwikkelen - als ze het al voor elkaar zouden krijgen. Hoe het titine het allemaal klaarspeelt is onlangs duidelijk geworden door het werk van drie groepen onderzoekers, die hun resultaten in Science (16 mei 1997) en Nature (15 mei 1997) publiceerden. Twee van de drie maakten gebruik van een optische pincet om een enkel titine-molecuul te strekken, de derde groep gebruikte voor datzelfde doel de naald van een atomaire krachtsmicroscoop (AFM). Alle resultaten wijzen in dezelfde richting.

Het titine bestaat voor het grootste gedeelte uit een aaneenschakeling van immunoglobine (Ig)-domeinen. Deze flankeren een wat afwijkend stuk (het 2000 aminozuren lange PEVK-segment) dat uit niet meer dan vier verschillende aminozuren is samengesteld. Zoals was voorspeld bleken er bij het uitrekken twee afzonderlijke fasen te kunnen worden onderscheiden. Aanvankelijk wordt namelijk het als een bolletje opgerolde PEVK-segment opengevouwen. Dat gaat eerst vrij gemakkelijk - met een kracht van zo'n 1-2 picoNewton (een miljardste van een miljardste Newton) - maar vraagt op den duur steeds meer inspanning, totdat het zo'n tien keer zijn oorspronkelijke lengte is uitgerekt.

Als de kracht op dat moment abrupt wordt opgevoerd, is het de beurt aan de Ig-domeinen: de keten wordt in opeenvolgende stapjes telkens zo'n 20 nanometer langer, omdat één voor één de bolvormige Ig-domeinen 'openknappen'. Hoewel soortgelijke fenomenen in alledrie de experimenten werden waargenomen, was er nog wel wat onzekerheid vanaf welke kracht dit nu precies optreedt. Er werden waarden gevonden variërend van 40-250 picoNewton. Er waren echter ook aanwijzingen dat het verschijnsel afhankelijk is van de snelheid waarmee het uitrekken geschiedt: hoe sneller, hoe meer weerstand. Ten slotte bleek het eiwit zich pas weer te kunnen gaan herstellen, wanneer de kracht volledig was weggenomen. Aangezien dat bijna nooit gebeurt, lijkt het logisch dat er in levend spierweefsel andere eiwitten - de zogenaamde chaperones - helpen bij het weer opvouwen. Die zijn echter nog niet waargenomen.