Afbeelding Actine Copyright Peter Haahr NKI Geel Actine Celskelet Blauw Celkern
123

‘Mystery gen’ maakt celskelet volwassen

29 sep. 2022 20:00

‘Ik ben een professionele speld-in-een-hooiberg-zoeker’, antwoordt geneticus Thijn Brummelkamp op de vraag waarom hij grossiert in het opsporen van eiwitten en genen die niemand kan vinden, ondanks dat er soms al wel veertig jaar naar wordt gezocht. Ook nu weer heeft zijn onderzoeksgroep in het Nederlands Kanker Instituut zo’n ‘mystery gen’ opgespoord, namelijk het gen dat ervoor zorgt dat het eiwit actine wordt gemaakt, een hoofdbestanddeel van ons celskelet.

Celbiologen zijn zeer geïnteresseerd in het eiwit actine. Niet zo vreemd, want actine, waarvan we in ons leven meer dan 100 kilo aanmaken, is een hoofdbestanddeel van het celskelet en bovendien één van de meest voorkomende moleculen in een cel. Het zit in grote hoeveelheden in elk celtype en kan een heleboel: het geeft vorm en stevigheid aan de cel, is belangrijk bij de celdeling, kan cellen voortstuwen, en zorgt voor de kracht in onze spieren. Mensen met een actine-eiwit waar foutjes in zitten, lijden aan aangeboren spierziektes. Over de vorm en functie van actine is al veel bekend. Maar hoe dit belangrijke eiwit gemaakt wordt en welk gen daarachter zit? ‘We wisten het niet’, zegt Brummelkamp, wiens missie het is de functie van onze genen te achterhalen.

Genetica in haploïde menselijke cellen

In de loop van zijn carrière heeft hij daartoe een aantal unieke methoden ontwikkeld, waarmee hij twintig jaar geleden de eerste was die genen grootschalig kon inactiveren voor zijn genetica-onderzoek in menselijke cellen. ‘Je kunt mensen nu eenmaal niet met elkaar kruisen, zoals fruitvliegjes, en kijken wat er dan gebeurt.’ Sinds 2009 gebruiken Brummelkamp en zijn team de zogenoemde haploïde cellen, waarin van ieder gen slechts één kopie zit in plaats van twee (één van je vader en één van je moeder). Dat laatste is weliswaar de basis van ons hele bestaan, maar zorgt in een genetica-experiment voor ongewenste ruis want een mutatie zal meestal in één kopie van een gen (van je vader bijvoorbeeld) optreden en in de andere niet.

Multi-inzetbare methode voor genetica in menselijke cellen

Samen met andere onderzoekers spoort Brummelkamp met deze multi-inzetbare methode de genetische oorzaak van ziektes op. Hij heeft al laten zien hoe het ebolavirus en een aantal andere virussen, maar ook bepaalde vormen van chemotherapie, de cel binnenkomen. Ook onderzocht hij waarom kankercellen resistent zijn tegen bepaalde vormen van therapie en ontdekte hij een eiwit in kankercellen dat als rem op het immuunsysteem fungeert. En nu was hij dus op zoek naar het gen dat actine – en daarmee het celskelet - volwassen maakt.

Op zoek naar de schaar

Voordat een eiwit helemaal ‘af’ is – oftewel volwassen wordt, zoals de onderzoekers in Science schrijven - en zijn functie in de cel ten volle kan uitoefenen, moet het in de meeste gevallen eerst van een specifiek aminozuur worden ontdaan. Het aminozuur wordt dan van een eiwit afgeknipt door een moleculaire schaar. Zo gebeurt het ook bij de vorming van actine. Al veertig jaar is bekend op welke plek van het actine-eiwit het relevante aminozuur wordt afgeknipt. Niemand wist echter welk enzym als schaar fungeert, en door welk gen dat enzym wordt aangestuurd.

Peter Haahr, postdoc in het lab van Brummelkamp deed het volgende experiment: eerst maakte hij willekeurige mutaties (foutjes) in willekeurige haploïde cellen. Vervolgens selecteerde hij hieruit de cellen waarin het onvolwassen actine zat, door een fluorescent gelabeld antilichaam aan zijn cellen toe te voegen dat precies past op de plek waar het aminozuur wordt afgeknipt. Als derde en laatste stap keek hij welk gen in die gevallen gemuteerd was.

En ze doopten het ‘ACTMAP’

En toen was het ‘eureka’: Haahr had de moleculaire schaar getraceerd die het essentiële aminozuur afknipt van actine. Die schaar bleek te worden aangestuurd door een gen waarvan de functie tot dusver volstrekt onbekend was en waaraan nog nooit een onderzoeker had gewerkt. Daarom mochten de onderzoekers het zelf een naam geven en ze doopten het gen ACTMAP (ACTin MAturation Protease).

Om te testen of het ontbreken van ACTMAP inderdaad tot problemen leidt in levende wezens, schakelden ze het gen uit in muizen. Ze zagen toen dat het actine-eiwit in het celskelet van deze muizen inderdaad nog onaf was. Ook zagen ze dat de muizen wel in leven bleven, maar aan ernstige spierzwakte leden. Dit onderzoek werd samen met wetenschappers van de VU gedaan.

Meer scharen gevonden in het celskelet

ACTMAP is niet het eerste door Brummelkamp opgespoorde mystery-gen dat een rol speelt in het functioneren van ons celskelet. De afgelopen jaren heeft zijn groep met behulp van dezelfde methode drie onbekende moleculaire scharen opgespoord die een aminozuur afknippen van tubuline, het andere hoofdbestanddeel van het celskelet. Deze scharen zorgen ervoor dat tubuline zijn dynamische functies in de cel naar behoren kan uitoefenen. De laatste schaar (MATCAP) werd dit jaar ontdekt en eveneens beschreven in Science. Ook naar deze scharen – van tevoren hadden de onderzoekers geen idee dat het er maar liefst drie waren – werd al zo’n veertig jaar gezocht. Via dit eerdere werk aan het celskelet kwam Brummelkamp bij actine terecht.

Missie: alle 23.000 genen in kaart

‘We weten met onze nieuwe ontdekking over actine helaas nog niet hoe we bepaalde spierziekten kunnen genezen,’ zegt Thijn Brummelkamp. ‘Maar we hebben wel fundamenteel nieuwe kennis over het celskelet opgeleverd waar anderen later misschien veel aan zullen hebben.’ Bovendien kan Brummelkamp, wiens missie het is om uiteindelijk de functie van al onze 23.000 genen in kaart te brengen, weer een nieuw gen afstrepen van zijn gigantische lijst. Van nog niet de helft van onze genen weten we namelijk wat ze doen. En daardoor kunnen we ook niet ingrijpen als er iets mis gaat.

Lees ook: