"Science" - Studie: Proteïnen navigeren naar bestemming in cellen – Onderzoekers ontdekken nieuwe transportroute

Professor Johannes Herrmann en zijn promovenda Katja Hansen onderzoeken het transport van eiwitten naar de mitochondriën. (Foto: AG Herrmann)

De microscoopopname toont mitochondriën, die ook bekend staan als de krachtcentrales van de cellen. (Foto: AG Herrmann)

Proteïnen zijn belangrijke bouwstenen van cellen en hun onderdelen, zoals de mitochondriën, de energiecentrales van de cellen. Onderzoekers uit Kaiserslautern onder leiding van Professor Dr. Johannes Herrmann hebben voor het eerst aangetoond dat de proteïnen niet, zoals eerder werd gedacht, rechtstreeks vanaf de plaats van hun ontstaan naar de celenergiecentrales reizen, maar via een omweg. Ze 'surfen' min of meer over het endoplasmatisch reticulum, een ander celonderdeel, naar hen toe. In het gerenommeerde vakblad Science presenteren de onderzoekers nu dit mechanisme. Ze vermoeden dat cellen op deze manier voorkomen dat proteïnen samenklonteren. Het mechanisme zou een rol kunnen spelen bij ziekten zoals Alzheimer en Parkinson.

Lang werd in de wetenschap aangenomen dat proteïnen na hun productie in het cytosol, de vloeistof van de cel, direct naar hun bestemming gingen, zoals de celorganellen. Tot deze kleine functionele eenheden van de cel behoren bijvoorbeeld de mitochondriën, waarin bepaalde proteïnen de energie van de cellen produceren. Op hun oppervlak beschikken mitochondriën over speciale receptoren. 'Ze herkennen nieuwe proteïnen en zorgen ervoor dat speciale transportporiën deze opnemen en naar binnen brengen,' zegt Professor Johannes Herrmann, die aan de TUK het leergebied Celbiologie leidt en al lange tijd onderzoek doet naar het transport van proteïnen naar de mitochondriën. 'Maar wat er met de proteïnen vóórdat ze daar aankomen, was tot nu toe volkomen onduidelijk.'

Samen met Professorin Maya Schuldiner, een erkend expert op het gebied van genetica van het gerenommeerde Weizmann Instituut in Rehovot, Israël, heeft het team van Herrmann ontdekt dat de proteïnen eerst naar het endoplasmatisch reticulum (ER) gaan. Het ER is ook een celorganel en dient als een soort verzendcentrum. Het stuurt verschillende cellulaire onderdelen, meestal proteïnen, nadat ze gevormd zijn, naar de plek waar ze nodig zijn.

'We hebben daar bepaalde factoren geïdentificeerd die nodig zijn voor het transport van proteïnen naar de mitochondriën,' zegt Katja Hansen, promovenda van Herrmann en eerste auteur van de huidige studie. Hiervoor heeft Hansen eerst een nieuwe moleculair-biologische methode ontwikkeld. Met deze techniek is het de onderzoekers uit Kaiserslautern gelukt om het mechanisme precies te analyseren. Ze hebben het 'ER-Surf' genoemd, 'omdat de proteïnen hierbij over het ER-oppervlak, op Engels surface, surfen,' legt Hansen uit.

Het ER fungeert daarbij als een soort tussenschakel. 'Zeer gevoelige nieuwe proteïnen worden hier zolang gebonden totdat ze verder kunnen worden gegeven aan de mitochondriën,' zegt Herrmann. 'Dit voorkomt vermoedelijk de vorming van proteïneklonten, zogenaamde aggregaten, die schadelijk zijn voor cellen en de oorzaak van veel ziekten.'

Het team van Herrmann wil nu onderzoeken welke rol dit mechanisme kan spelen bij verschillende aandoeningen en hoe de vorming van deze aggregaten kan worden verminderd. 'Vooral neurodegeneratieve ziekten zoals Alzheimer en Parkinson worden veroorzaakt door dergelijke proteïneklonten die zich ophopen in verouderende cellen,' vervolgt de professor.

Als de onderzoekers deze processen beter begrijpen, zouden ze in de toekomst kunnen dienen als basis voor een therapiebenadering om bijvoorbeeld ouderdomsziekten te voorkomen.

Hoe ver het ER-Surf-mechanisme ook een rol speelt bij proteïnen die naar andere plaatsen in de cel reizen, moet nog verder worden onderzocht.

De studie is gepubliceerd in het gerenommeerde vakblad 'Science': 'ER surface retrieval pathway safe-guards the import of mitochondrial membrane proteins in yeast.' Hansen, K.G., Aviram, N., Laborenz, J., Bibi, C., Meyer, M., Spang, A., Schuldiner, M., Herrmann, J.M.