"Ik ben een professionele spelden in een hooiberg", reageert geneticus Thijn Brummelkamp op de vraag waarom hij uitblinkt in het opsporen van eiwitten en genen die andere mensen niet hebben gevonden, ondanks het feit dat sommigen erin zijn geslaagd ongrijpbaar te blijven voor al 40 jaar.

Zijn onderzoeksgroep bij het Nederlands Kanker Instituut is er weer in geslaagd een van deze 'mysterieuze genen' op te sporen, het gen dat ervoor zorgt dat de uiteindelijke vorm van het eiwit actine ontstaat, een hoofdbestanddeel van ons celskelet. Deze bevindingen zijn vandaag gepubliceerd in Science .

Celbiologen zijn erg geïnteresseerd in actine, omdat actine – een eiwit waarvan we tijdens ons leven meer dan 100 kilogram produceren – een hoofdbestanddeel is van het celskelet en een van de meest voorkomende moleculen in een cel. In elk celtype komen grote hoeveelheden voor en het heeft vele doelen:het geeft vorm aan de cel en maakt het steviger, het speelt een belangrijke rol bij de celdeling, het kan cellen voortstuwen en het geeft kracht aan onze spieren.

Mensen met defecte actine-eiwitten hebben vaak last van spierziekte. Er is veel bekend over de functie van actine, maar hoe wordt de uiteindelijke vorm van dit belangrijke eiwit gemaakt en welk gen zit erachter? "We wisten het niet", zegt Brummelkamp, ​​wiens missie het is om de functie van onze genen te achterhalen.

Genetica in haploïde menselijke cellen

Brummelkamp heeft hiervoor in de loop van zijn carrière een aantal unieke methoden ontwikkeld, waarmee hij twintig jaar geleden als eerste genen op grote schaal kon inactiveren voor zijn genetisch onderzoek in menselijke cellen. "Je kunt mensen niet kruisen zoals fruitvliegen, en kijken wat er gebeurt."

Sinds 2009 gebruiken Brummelkamp en zijn team haploïde cellen - cellen die slechts één kopie van elk gen bevatten in plaats van twee (een van je vader en een van je moeder). Hoewel deze combinatie van twee genen de basis vormt van ons hele bestaan, veroorzaakt het ook ongewenste ruis bij het uitvoeren van een genetisch experiment, omdat mutaties meestal voorkomen in slechts één versie van een gen (bijvoorbeeld die van je vader) en niet in de andere.

Samen met andere onderzoekers gebruikt Brummelkamp deze veelzijdige methode om de genetische oorzaken van bepaalde aandoeningen te vinden. Hij heeft al laten zien hoe het ebolavirus en een aantal andere virussen, evenals bepaalde vormen van chemotherapie, erin slagen een cel binnen te dringen. Hij onderzocht ook waarom kankercellen resistent zijn tegen bepaalde soorten therapie en ontdekte een eiwit dat in kankercellen wordt aangetroffen en dat werkt als een rem op het immuunsysteem. Deze keer ging hij op zoek naar een gen dat actine laat rijpen - en daarmee het skelet van de cel.

Op zoek naar een schaar

Voordat een eiwit helemaal "af" is - of volgroeid, zoals de onderzoekers het beschrijven in Science -en zijn functie in de cel volledig kan vervullen, moet het meestal eerst van een specifiek aminozuur worden ontdaan. Dit aminozuur wordt vervolgens met een moleculaire schaar uit een eiwit gesneden. Dit is ook wat er gebeurt met actine. Het was bekend aan welke kant van de actine het betreffende aminozuur is afgesneden. Niemand is er echter in geslaagd het enzym te vinden dat in dit proces als een schaar fungeert.

Peter Haahr, postdoc in de groep van Brummelkamp, ​​werkte aan het volgende experiment:eerst veroorzaakte hij willekeurige mutaties (fouten) in willekeurige haploïde cellen. Vervolgens selecteerde hij de cellen die het onrijpe actine bevatten door een fluorescent gelabeld antilichaam aan zijn cellen toe te voegen die precies op de plek passen waar het aminozuur is afgesneden. Als derde en laatste stap onderzocht hij welk gen na dit proces muteerde.

Ze noemden het 'ACTMAP'

Toen kwam het "eureka"-moment:Haahr had de moleculaire schaar opgespoord die het essentiële aminozuur uit actine knipte. Die schaar bleek te worden aangestuurd door een gen met een voorheen onbekende functie; een waar geen enkele onderzoeker ooit mee heeft gewerkt. Dit betekent dat de onderzoekers het gen zelf konden benoemen en kwamen uit op ACTMAP (ACTin MAturation Protease).

Om te testen of een gebrek aan ACTMAP leidt tot problemen in levende wezens, schakelden ze het gen bij muizen uit. Ze merkten op dat de actine in het celskelet van deze muizen, zoals verwacht, onvoltooid bleef. Ze waren verrast toen ze ontdekten dat de muizen wel in leven bleven, maar leden aan spierzwakte. De onderzoekers deden dit onderzoek samen met wetenschappers van de VU Amsterdam.

ACTMAP is niet het eerste door Brummelkamp ontdekte mysterieuze gen dat een rol speelt in de functie van ons celskelet. Met dezelfde methode heeft zijn groep de afgelopen jaren drie onbekende moleculaire scharen kunnen detecteren die een aminozuur knippen uit tubuline, het andere hoofdbestanddeel van het celskelet. Met deze schaar kan tubuline zijn dynamische functies goed in de cel uitvoeren. De laatste schaar (MATCAP) werd ontdekt en beschreven in Science dit jaar. Door dit eerdere werk aan het celskelet is Brummelkamp erin geslaagd om tot actine te komen.

Missie:alle 23.000 genen in kaart brengen

"Helaas vertelt onze nieuwe ontdekking over actine ons niet hoe we bepaalde spieraandoeningen kunnen genezen", zegt Thijn Brummelkamp. "Maar we hebben nieuwe fundamentele kennis over het celskelet opgeleverd die later nuttig kan zijn voor anderen."

Bovendien kan Brummelkamp, ​​wiens missie het is om op een dag de functie van al onze 23.000 genen in kaart te brengen, weer een nieuw gen van zijn gigantische lijst afstrepen. We weten immers niet wat de helft van onze genen doet, waardoor we niet kunnen ingrijpen als er iets misgaat. + Verder verkennen

De 'stille code' van eiwit beïnvloedt hoe cellen bewegen