EIWITTEN MET VEEL CONTACTEN EVOLUEREN VEEL LANGZAMER

Hoe meer contacten een eiwit met een ander eiwit heeft, hoe langzamer zo'n eiwit evolueert. Amerikaanse onderzoekers bewijzen daarmee een twintig jaar oude theorie over eiwit-evolutie van de moleculair biologen M. Kimura en T. Ohta(Science, 26 april).

Hoewel er op dit moment veel aandacht is voor genomics het onderzoek naar de werking van de genen zijn het de eiwitten die in een cel al het werk doen. Ze verteren voedsel, laten spieren bewegen, zorgen ervoor dat cellen zich delen en bieden bescherming tegen bacteriën en parasieten. Eiwitten worden voortdurend aangemaakt en weer afgebroken; vaak zijn er duizenden tegelijkertijd actief in een cel. Sommige maken contact met elkaar, en vormen ingewikkelde netwerken. Alle lichaamscellen van de mens bezitten zo'n 30.000 tot 40.000 genen en kunnen daarmee naar schatting 1 miljoen verschillende eiwitten maken.

Wetenschappers van het Amerikaanse bedrijf CuraGen en van de University of Washington brachten twee jaar geleden de interactie tussen ruim 1.000 eiwitten van het industrieel veel gebruikte bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae) in kaart (Nature, 10 febr. 2000). Bakkersgist kan in totaal zo'n 6.000 verschillende eiwitten maken.

Later ontdekten wetenschappers van de University of Notre Dame (Indiana), dat een cel een bepaald eiwit steeds slechter kan missen naarmate dit meer contacten heeft (Nature, 28 juni 2001). Via een computeranalyse onderzochten ze de interactie tussen 1.870 eiwitten van bakkersgist. Ze vonden 1.683 eiwitten die vijf of minder contacten maken en daarvan bleken er 337 (21%) onmisbaar voor de cel. De wetenschappers vonden daarnaast 131 eiwitten die vijftien of meer contacten met andere eiwitten onderhielden en daarvan bleken er 81 (62%) essentieel voor het overleven van een cel.

Vervolgens bewezen A. Hirsh en H. Fraser van Stanford University dat de misbaarheid van een eiwit samenhangt met de mate waarin het evolueert (Nature, 28 juni 2001). Hoe meer contacten een eiwit heeft, hoe slechter het te missen is, hoe minder het verandert in de loop van de evolutie. Misbare eiwitten veranderen makkelijker, want daarbij heeft de vervanging van aminozuren de bouwstenen van een eiwit niet meteen dodelijke gevolgen.

In Science van deze week beschrijven Hirsh en Fraser in totaal 3.541 interacties tussen 2.445 eiwitten van bakkergist. Uit hun analyse blijkt eens te meer dat eiwitten met veel contacten onmisbaarder zijn voor een cel, en minder snel evolueren. Daarnaast ontdekten ze dat de plaatsen waarmee eiwitten met elkaar contact maken eenzelfde evolutiesnelheid hebben. Alleen de aminzuren op de contactplaatsen van twee eiwitten tegelijk veranderen en zij een levensvatbare combinatie vormen, blijft de verandering voortbestaan. Met andere woorden, ze coëvolueren. Om contact te houden moeten beide bindingsplaatsen veranderen.