Cryo-elektronenmicroscopiestructuur van botsende ribosomen, met vastgelopen ribosoom (oranje), botsend ribosoom (groen), het 'regeleiwit' MutS2 (blauw) en m-rna (roze). Beeld: Sebastian Filbeck (Centrum voor Moleculaire Biologie Universiteit Heidelberg, ZMBH)

 

 

Bacteriën en gisten grijpen vergelijkbaar in bij botsende ribosomen, blijkt nu de structuur is opgehelderd.

 

Bij dreigende kettingbotsingen van haperende ribosomen komt bij bacteriën – net als bij gist – een enzym tevoorschijn dat het falende ribosoom door een knip in de m-rna-streng losmaakt. Dat concluderen Amerikaanse en Duitse wetenschappers 10 maart in Nature, onder meer door botsende ribosomen gedetailleerd in beeld te brengen met cryo-elektronenmicroscopie.

 

'Het mooiste vind ik dat nu ook het moleculaire mechanisme duidelijk wordt'

 

De synthese van eiwitten eindigt regelmatig in mislukking; bij Escherichia coli zo’n 1 op de 250 keer. Daarbij komen vaak haperende ribosomen voor, wat net als bij plotseling stilstaande auto’s kan resulteren in kettingbotsingen, maar dan van ribosomen. Daarop volgt een reddingsoperatie om ribosomen te herstellen en half-afgebouwde eiwitten te vernietigen. Nu blijkt dat zo’n operatie bij E. coli en Bacillus subtilis start met het losknippen van ribosomen door SmrB, een enzym dat sterk lijkt op Cue2, het enzym dat deze functie bij gist vervult. ‘Het basale mechanisme was al bekend van eukaryoten. Dat dit ook bij prokaryoten zo werkt suggereert dat het om een geconserveerd principe gaat – alleen voor sommige bacteriën en archaea is nog geen vergelijkbaar enzym gevonden, maar dat komt wellicht nog. Het mooiste vind ik dat nu ook het moleculaire mechanisme duidelijk wordt. De onderzoekers brengen heel mooi die botsende ribosomen in beeld’, vertelt Arnold Driessen, hoogleraar moleculaire microbiologie aan de Rijksuniversiteit Groningen.



BINDINGSPLEK

‘Zo’n nuclease als SmrB is normaal een naar enzym, want het breekt rna af. Het moet dus alleen op het juiste moment in actie komen. Nu de structuur van botsende ribosomen is opgehelderd blijkt hoe dit werkt: pas als er twee ribosomen botsen, ontstaat er een bindingsplek voor SmrB, waarop het enzym actief wordt’, licht Driessen toe.

 

SmrB komt in eerste instantie naar boven in een genetische screen bij E. coli . Als onderzoekers bacteriecellen zo manipuleren dat er extra botsingen plaatsvinden blijkt SmrB hier op af te komen. Ook zien onderzoekers dat mutante bacteriën zonder SmrB extra gevoelig zijn voor erythromycine, een antibioticum dat haperende ribosomen veroorzaakt. ‘Zelf speculeren ze er niet over, maar wellicht dat SmrB ook een aanknopingspunt voor nieuwe antibiotica kan zijn’, zegt Driessen.

 

‘Mooi onderzoek met veel verschillende proeven, die goed in elkaar steken’

 

De onderzoekers concluderen dat SmrB knipt bij het 5’-einde van een haperend ribosoom. Gebotste ribosomen blijven transleren tot ze haperen bij de SmrB-knipplek, waarna onder meer zogeheten transfer-m-rna in actie komt om ribosomen te redden, voor hergebruik.

 

‘Mooi onderzoek met veel verschillende proeven, die goed in elkaar steken’, oordeelt Driessen. ‘Dat het om een geconserveerd mechanisme lijkt te gaan is misschien niet super verrassend, maar nu onderbouwd middels een unieke structuur van botsende ribosomen.’


Artistieke verbeelding van de cryo-elektronenmicroscopie-structuur. Een vastgelopen oranje auto (vastgelopen ribosoom), achterop aangereden door een groene auto (gebotst ribosoom), blokkeert het verkeer. Een politieagent (MutS2-eiwit) staat op de vastgelopen auto en geeft de reacties aan die nodig zijn om het probleem op te lossen. Beeld: Claudio Joazeiro (Centrum voor Moleculaire Biologie Universiteit Heidelberg, ZMBH)

 

Zie ook: Rear-end Collision on the “Ribosome Highway” (Persbericht Universität Heidelberg, 10 maart 2022)