Stevige klem beschermt eiwit in de cel

Illustratie M. Avellaneda en S. Tans

De cel beschermt zijn eiwitten tegen schade door ze letterlijk te omklemmen. Zodra eiwitten in de cel maar een klein stukje ontvouwen, neemt het chaperonne-eiwit Hsp70 ze stevig in de tang. Dat voorkomt dat de eiwitten verder hun complexe driedimensionale structuur verliezen en daarmee hun functie. Dat blijkt uit experimenten die biofysicus Sander Tans van het AMOLF-instituut in Amsterdam samen met wetenschappers van de universiteit van Heidelberg uitvoerde (Nature, online 26 oktober).

Hsp70 is een centraal eiwit in de celmachinerie van bijna alle levende wezens, van bacterie tot mens. Het wordt een chaperonne-eiwit genoemd omdat het andere eiwitten in de cel begeleidt en beschermt. Het speelt dan ook een rol bij tal van ziektes, zoals kanker en Parkinson.

Voorheen dachten wetenschappers dat Hsp70 (hsp staat voor heat shock protein) eiwitketens beschermde tegen ontvouwen en klonteren door aan ze te binden. Dat gebeurt bijvoorbeeld bij stress veroorzaakt door verhitting (denk aan het koken van een ei). Wetenschappers waren tevreden met deze verklaring, maar het blijkt toch anders te werken

Dat er bij zo’n belangrijk en veel bestudeerd eiwit nog een nieuw werkingsmechanisme wordt ontdekt, is bijzonder. Volgens Tans komt dit doordat onderzoekers Hsp70 tot nu toe vooral in bulk bekeken. Ook het moment waarop Hsp70 aangrijpt werd gemist omdat eiwitten die een beetje ontvouwen normaal gesproken onmiddellijk weer terugvouwen. Maar Tans en zijn team werkten met een eiwit dat zij langzaam ontvouwden door met een optisch pincet aan beide uiteinden te trekken. Zodra het eiwit zich een beetje strekte, trad meteen de klem van Hsp70 in werking. Tans: „Daarna lukte het met geen mogelijkheid meer het eiwit verder te ontvouwen omdat het muurvast werd omklemd door het chaperonne-eiwit. Zonder Hsp70 lukt het wel om het eiwit kapot te trekken. Een gestrekt eiwit wordt door biologen beschouwd als peptideketen, beschadigd en niet langer functioneel.”

Tans ziet Hsp70 als multifunctioneel gereedschap in de cel dat niet alleen dient om eiwitten te beschermen maar ook helpt bij het juist vouwen van nieuw gesynthetiseerde aminozuurketens, het bij elkaar brengen van enzymen, en het ontmantelen van eiwitcomplexen. Behalve bij stress door verhitting zou het ook een rol kunnen spelen bij een verstoorde zuurgraad.

Hsp70 kan ook eiwitten stabiliseren die mutaties bevatten, zegt Tans. Dat maakt het mogelijk dat eiwitten die anders niet meer functioneel zouden zijn het toch nog doen. Dat geeft ruimte voor evolutie van eiwitten