De binnenring van het kernporiecomplex (NPC) zoals die is voorgesteld door de Caltech-groep. CNC staat voor kanaalnucleoporinecomplex. CNT is de barrière die onwelkome gasten buitenslsuit.
Het DNA in de celkern wordt goed bewaakt. Om die kern zit een stevig dubbelmembraan en bepaalt een ‘poortwachter’ wie of beter wat de kern in of uit mag via die membraanporiën. Die poortwachter wordt kernporiecomplex (NPC in Engelse afko) genoemd, een eiwitcomplex dat in het kernmembraan ‘zetelt’. Onderzoekers van het technologisch instituut van Californië (Caltech) hebben nu een deel van het mysterie van de poortwachter opgelost door de structuur van het centrale deel van NPC te bepalen. Daarmee kan een verklaring gezocht worden hoe de poortwachter het flikt de juiste moleculen in en uit de kern te laten gaan. Miskleunen van de poortwachter kunnen leiden tot allerlei ziektes, zoals agressieve vormen van bloedkanker (leukemie).
Niet iedereen mag de celkern binnen (of verlaten). Het kernporiecomplex staat op wacht. Hoe dat functioneert is al langer onderwerp van onderzoek, ook omdat defecten aan het poortwachtereiwit leiden tot ernstige ziektes. Een onderzoeksgroep van Caltech onder leiding van André Hoelz lijkt met het uitvogelen van een deel van de structuur van dat eiwitcomplex het een stuk makkelijker gemaakt uit te vinden hoe de poortwachter werkt. In februari publiceerde de Caltechers een artikel waarin ze de structuur beschreven van het buitenste deel van het eiwitcomplex. Nu komen ze met de structuur van het binnengedeelte van het complex, dat dienst doet als barrière én als hulpvaardige portier. Om die structuur te kunnen vaststellen, bouwden de onderzoekers in een reageerbuisje de structuur na en ‘sneden’ er vervolgens stukken vanaf om te kijken hoe de diverse onderdelen met elkaar wisselwerken. Vervolgens verifieerden ze bij een schimmel of wat ze uit de reageerbuisproeven hadden geleerd inderdaad ook in het echt zo is.
AL meer dan tien jaar beweren onderzoekers dat het binnenste van het complex erg flexibel is en dat het kan uitzetten om grote moleculen door te laten. Er zijn ideeën geopperd hoe dat zou kunnen, maar het onderzoek van Hoelz & Co geeft aanleiding deze ideeën naar de prullenmand te verwijzen.”Het blijkt”, zegt Hoelz, “dat die binnenring niet erg van vorm kan veranderen. Het is een tamelijk stijve structuur en het is vooral decor. Die kan niet uitzetten.”
De binnen- en buitenring van het complex vormen samen de symmetrische kern van NPC, dat bestaat uit 21 verschillende eiwitten. De kern is radicaal symmetrisch. Twee subcomplexen zijn specifiek afhankelijk of ze aan de celkant of de kernkant zitten. Omdat de onderzoekers eerder de structuur van de buitenring hadden opgehelderd, was duidelijk dat de delen die niet verbonden waren met het membraan de binnenring vormden.
Hoelz: “Dat hele complex is een tamelijk ingewikkelde machine om samen te stellen. Het leuke is dat de natuur een elegante manier heeft gevonden om tot het laatste te wachten met het aanbrengen van het kanaal. Daardoor doe je twee dingen in een: je vormt een barrière en je schept de mogelijkheid voor een geregeld vervoer door de porie.” De ruimte voor het kanaal in de porie is simpel een gat waardoor macromoleculen zonder meer kunnen passeren. De onderzoekers bepaalden met behulp van röntgenkristallografie de structuur van het kanaaleiwitcomplex (CNC in de Engelse afko) die verbonden is met de adaptornucleoporine Nic96, het enige hechtpunt van de kernporie. Omdat de poortwachter groot en ingewikkeld is, met veel bewegende delen, gebruikten de onderzoekers, bij wijze van superlijm, veranderde antilichamen die het complex in de juiste kristallijne vorm moeten houden, zodat die met röntgenstralen kon worden ‘bekeken’. Op die manier werd de plaats van elk atoom in de gigantische structuur vastgesteld en was het beeld compleet.
Hoelz: “Die kristalstructuur maakt het duidelijk. Er is geen mogelijkheid dat het kanaal van vorm verandert.”
De onderzoekers helderden ook de kristalstructuur van enkele andere onderdelen van het complex op en bepaalden hoe die wisselwerken met delen van de binnenring. Daaruit leerden ze dat een wisselwerking kritisch is voor de plaats van het kanaal in het midden van de binnenring. Een exacte plaatsing in het midden, zo (b)leek de onderzoekers, is noodzakelijk voor het goede transport van boodschapper-RNA en delen van de ribosomen vanuit de kern naar de (rest van de) cel en daarmee kritisch voor de reeks DNA–>boodschapper-RNA–>eiwitten (ribosoom).
“Toen ik bij Caltech begon dacht ik dat het nog wel 10, 20 jaar zou duren voor we zover waren”, zegt Hoelz. “In feite hebben we hier maar vierenhalf jaar aan gewerkt.” Hij verwijst daarbij met (valse?) bescheidenheid naar de kundigheid van zijn onderzoeksgroep.
Uiteindelijk wil hij precies te weten komen hoe de poortwachter te werk gaat om therapieën te kunnen bedenken voor ziektes die met het niet goed functioneren van NPC zijn verbonden. Hij droomt er ook van een gehele porie in een reageerbuis te kunnen bouwen om te zien wat er gebeurt als dat complex veranderingen ondergaat. Hoelz: “Mensen zullen, weer, zeggen dat ik gek ben, maar als wij het niet doen, doet niemand het.” Ik heb een beetje het idee dat onze weergaloze onderzoeker een beetje naast zijn schoenen aan het lopen is, maar dit geheel terzijde.
Bron: EurekAlert