Zuurgraad in cel regelt membraansynthese
Gepubliceerd op 27 augustus 2010
De zuurgraad (pH) in cellen van bakkersgist, Saccharomyces cerevisiae,
reguleert de synthese van celmembranen door het controleren van de
aanmaak van enzymen die de membranen synthetiseren. Dit ontdekten
onderzoekers van de University of Vancouver in nauwe samenwerking met
systeembiologen van de Universiteit van Amsterdam (UvA). De resultaten
van het onderzoek zijn deze week gepubliceerd in het wetenschappelijke
tijdschrift Science. Het opgehelderde mechanisme is zo eenvoudig en
universeel dat het zeer waarschijnlijk bepalend is voor allerlei
processen in de cel, in alle vormen van leven.
De UvA-wetenschappers, onder leiding van dr. Gertien Smits, doen
onderzoek naar de regulatie van de zuurgraad in de cel. Ze ontwikkelden
een methode om nauwkeurig en snel de pH te meten in levende, groeiende
cellen. Inzicht in dit proces is belangrijk, omdat kleine veranderingen
in de zuurgraad grote gevolgen kunnen hebben voor het functioneren van
een levende cel. De zuurgraad in de cel wordt bepaald door de aantallen
protonen. Deze kleine geladen deeltjes kunnen heel gemakkelijk binden
aan veel moleculen in levende cellen, zoals eiwitten, DNA, vetten en
metabolieten. Of ze laten juist heel gemakkelijk los van de moleculen.
Het wel of niet binden van een proton beïnvloedt de
ladingseigenschappen van deze moleculen, en daarmee hun eigenschappen.
Omdat dit voor zo veel moleculen in het leven gebeuren kan, hebben
kleine veranderingen mogelijk grote gevolgen. Maar juist omdat het
proces zo gevoelig is, was het tot nu toe erg moeilijk om goed inzicht
te krijgen in de dynamiek van de zuurgraad, en de gevolgen van
veranderingen ervan.
Regulerende zuurgraad
De onderzoekers in Vancouver richten zich in hun onderzoek op de
regulering van membraansynthese. Ze bestudeerden de regulatie van een
centraal regeleiwit, Opi1, hierin. Dit eiwit kan in de celkern de
aanmaak remmen van een aantal membraansynthese-eiwitten, maar wordt
meestal buiten de celkern gehouden doordat het bindt aan een specifieke
lipide van membranen, fosfatidylzuur. Samen genereerden de
onderzoeksgroepen uit Vancouver en Amsterdam de hypothese dat de
zuurgraad in de cel wel eens een belangrijke rol zou kunnen spelen in
de regulatie van Opi1, omdat de fysische en chemische eigenschappen van
fosfatidylzuur zo zijn dat de lading zeer sterk bepaald kan worden door
de protonenconcentratie.
Van signaal naar signaal
Door de combinatie van metingen van de zuurgraad en bepaling van de
localisatie van Opi1 in levende gistcellen werd de correlatie tussen de
twee steeds duidelijker. Uiteindelijk slaagden de onderzoekers erin om
aan te tonen dat de interactie tussen het eiwit en het lipide
rechtstreeks wordt bepaald door de zuurgraad, in een heel klein
pH-bereik in de cel. Dit is precies het bereik waarin de zuurgraad in
levende gistcellen varieert, afhankelijk van de aanwezigheid van
voedingsstoffen. Op deze manier kan een signaal voor de aanwezigheid
van voedsel worden omgezet in een signaal om membranen te gaan maken,
en daardoor te groeien. Op basis van de resultaten veronderstellen de
onderzoekers dat het zeer waarschijnlijk is dat de zuurgraad meer
regelmechanismen en interacties in de cel bepaalt.
Publicatiegegevens
Young, BP, Shin JJ, Orij R, Chao JT, Li SC, Guan XL, Khong A, Jan E,
Wenk MR, Prinz WA, Smits GJ, en Loewen CJR: `Phosphatidic acid is a pH
biosensor that links membrane biogenesis to metabolism'. In Science, p.
1085-1088, 27 augustus 2010.
Bron: UvA Persvoorlichting
Universiteit van Amsterdam