Chevy Chase, Md. (VS) – Onderzoekers van het Howard Hughes Medical Institute hebben de structuur opgehelderd van het ribosoom, het fabriekje in de cel dat eiwitten maakt. Zij leveren als eersten het bewijs dat ribosomen RNA-enzymen zijn.


In 1989 kregen Thomas Cech van de universiteit in Boulder en naar Sidney Altman aan Yale University de Nobelprijs voor scheikunde. Onafhankelijk van elkaar hadden zij aangetoond dat RNA in een levende cel reacties kan katalyseren. Ze introduceerden de ribozymen, de tegenhangers van enzymen die zijn opgebouwd uit nucleïnezuren. Daarmee zetten zij de moleculaire biologie op zijn kop. Pas nu is bewezen dat ook de eiwitfabriek in de cel, het ribosoom, een ribozym is. Het is enkel RNA dat daarin katalyseert. Geen eiwit komt daaraan te pas.

Het centrale dogma in de biologie luidt dat DNA als een matrijs dient voor RNA. Het zogenaamde boodschapper-RNA codeert vervolgens voor eiwitten. Het ribosoom leest dat recept, plakt daarop aminozuren aaneen en vormt zo nieuwe eiwitten waaronder enzymen. De door Cech en Altman ontdekte katalytische werking van RNA veranderde dit idee. Bovendien leverde dit nieuwe ideeën op over hoe het leven mogelijk is ontstaan.

Het ribosoom is een klein celorganel, in microscoopfoto’s herkenbaar als minuscule bolletjes op het oppervlak van het ruw endoplasmatisch reticulum. Deze eiwitfabriek bestaat uit twee delen, een licht deel (30S) en een zwaar deel (50S). Het lichte deel koppelt het boodschapper-RNA en het transfer-RNA, dat aminozuren aanvoert. Het zware deel katalyseert de vorming van de peptidebindingen, waardoor aangevoerde aminozuren een groeiende eiwitketen vormen.

Overweldigende complexiteit
Een onderzoeksgroep onder leiding van Thomas Steitz, een onderzoeker van het Howard Hughes Medical Institute werkzaam aan Yale University, meldde afgelopen week in Science de opheldering van de atomaire structuur van het zware, katalytische deel van het ribosoom. Met röntgenstraling van de nationale synchrotronbron in Brookhaven National Laboratory bombardeerden ze zorgvuldig samengestelde kristallen van ribosomen. Kristallen verstrooien die straling. Uit het regelmatige verstrooiingspatroon berekenden de onderzoekers de positie van afzonderlijke atomen. Aan de kristallen toegevoegde zware metaalatomen, osmium en iridium, vormden belangrijke herkenningspunten.
De uiteindelijke driedimensionale kaart van het 50S-deel van het ribosoom heeft een resolutie van 0,25 nanometer, ongeveer het dubbele van de afstand tussen twee atomen. De kaart bevat maar liefst honderdduizend atomen. Met de drieduizend basen van het RNA in de structuur, nam de hoeveelheid bekende RNA-structuren met een factor vier tot vijf toe.
“In elk stadium van het onderzoek waren we verbaasd over de overweldigende complexiteit waarmee RNA in het ribosoom gevouwen is”, vertelt Steitz, “maar ik denk dat de meest verbazende waarneming was dat de eiwitten waren ingebed tussen de RNA-lussen, en als tentakels tot diep in het binnenste van het ribosoom doordrongen.”

Sinds de ontdekking van Cech dat RNA een katalytische activiteit heeft, vermoeden onderzoekers dat het 50S-deel van ribosomen ook een ribozym is. Het bewijs ontbrak tot nog toe. Steitz: “Niemand kon aantonen dat ribosoom-RNA zonder eiwit een katalytische activiteit heeft. We zien nu dat dat waarschijnlijk mede komt door de wijze waarop deze eiwitten het ribosoom bijeenhouden”. Dat het 50S-deel een ribozym is, daar twijfelen we niet aan. We kunnen zien waar het substraat aan het ribosoom koppelt. Er is geen enkel eiwitatoom in de buurt dat kan bijdragen aan de katalytische activiteit.”
“Cech (inmiddels president van Howard Hughes Medical Institute) en anderen maakten bij vroegere experimenten RNA-moleculen die in de reageerbuis enigszins een ribosoomachtige activiteit hebben en aminozuren aan elkaar koppelen. Nu herkennen we in de werkelijke structuur van het ribosoom aspecten die dergelijke kunstmatige ribozymen ook hadden. Het idee dat een klein RNA-molecuul kon ontstaan dat de synthese van peptidebindingen katalyseert, is dus niet ver gegrepen. Dat vroege eiwitmakende RNA-molecuul moest echter zonder boodschappen uit een vroeger genoom moeten werken. Hoe de evolutie erin slaagde om van lukrake eiwitsynthese over te stappen naar een synthese met RNA-recepten, is voor ons nog een groot raadsel.”

Erick Vermeulen