Een nieuw gepubliceerde studie van RPTU Kaiserslautern-Landau onthult dat een enkele ijzer-zwavelcluster van cruciaal belang is voor een goede ribosoomassemblage in cellen. Deze ontdekking vergroot ons begrip van de rol van metaalionen in de eiwitproductie en cellulaire functie aanzienlijk. De bevindingen, gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences, tonen aan dat verstoring van dit cluster de ribosoomfunctie direct schaadt, waardoor de eiwitsynthese stopt.
Ribosomen en de rol van metaalionen
Ribosomen zijn de cellulaire machines die verantwoordelijk zijn voor het maken van eiwitten, de werkpaarden van het leven. Metaalionen, met name ijzer, spelen een cruciale rol in tal van biologische processen, waaronder energieproductie en DNA-reparatie. Onderzoekers van RPTU hebben nu vastgesteld dat een specifiek ijzer-zwavelcluster essentieel is voor de ribosoomassemblage zelf.
Het Mak16-eiwit en zijn ijzer-zwavelcluster
De studie concentreerde zich op het Mak16-eiwit, een sleutelcomponent in de ribosoomproductie. Onderzoekers ontdekten dat Mak16 alleen stabiel is en correct functioneert als het de [4Fe-4S] ijzer-zwavelcluster bevat – een structuur bestaande uit vier ijzer- en vier zwavelatomen gerangschikt in een kubisch patroon. Zonder dit cluster valt de ribosoomproductie volledig weg.
Hoe het cluster werkt
Mak16 bevat een zak die is ontworpen om het [4Fe-4S]-cluster op zijn plaats te houden, gestabiliseerd door vier cysteïne-aminozuren. Het onderzoeksteam creëerde aangepaste versies van Mak16 – één met het intacte cluster en één zonder – om het belang van het cluster aan te tonen. Met behulp van een techniek genaamd immunoprecipitatie toonden ze aan dat alleen de intacte versie op betrouwbare wijze kon binden aan zijn partnereiwit, Rpf1.
Gevolgen van clusterafwezigheid
Wanneer het cluster ontbreekt, kunnen ribosomen niet goed worden geassembleerd. Gistcelexperimenten bevestigden dat rRNA-productie en ribosoomrijping rechtstreeks afhankelijk zijn van de aanwezigheid van het [4Fe-4S]-cluster in Mak16.
Validatie van de identiteit van het cluster
Onderzoekers gebruikten geavanceerde spectroscopische technieken om de samenstelling van het cluster te bevestigen. Elektronenspinresonantiespectroscopie (EPR) onthulde de aanwezigheid van ijzerionen, terwijl Mössbauer-spectroscopie nauwkeurig analyseerde hoe de ijzeratomen binnen de eiwitstructuur gebonden zijn.
Clustergevoeligheid en cellulaire stress
Het [4Fe-4S]-cluster is zeer gevoelig voor oxidatieve stress. Als het uiteenvalt, stopt de ribosoomproductie. Dit suggereert dat het cluster ook als sensor fungeert en aan de cel signaleert wanneer de eiwitproductie moet worden verminderd.
Implicaties voor de celbiologie
Deze ontdekking vergroot ons begrip van hoe cellen de eiwitproductie controleren en reageren op stress. Verstoringen in deze processen kunnen leiden tot problemen in de eiwitsynthese of de cellulaire functie. Het onderzoek benadrukt de cruciale rol van metaalionen in fundamentele cellulaire processen
