Ras-eiwitten zijn moleculaire schakelaars die bepalen of en wanneer cellen zich in ons lichaam delen. Een verslechtering van hun functie kan leiden tot de vorming van een tumor. Het proces van het in- en uitschakelen van de eiwitten is in detail waargenomen door een onderzoeksteam onder leiding van prof.dr. Klaus Gerwert van de afdeling Biofysica van de Ruhr-Universität Bochum (RUB); met behulp van een combinatie van methoden, het team bevestigde de hypothese dat de bindende partner van Ras in zijn gebonden vorm geen waterstofatomen in de fosfaatgroepen bevat. de bekende Tijdschrift voor biologische chemie heeft het rapport op 16 maart als coververhaal gepubliceerd, 2018.

Mogelijke oorzaken van kanker

Ras-eiwitten functioneren als kleine schakelaars:afhankelijk van of ze gebonden zijn met guanosinetrifosfaat (GTP) of met guanosinedifosfaat (GDP), ze zijn in- of uitgeschakeld. De GTP-binding triggert complexe signaalroutes die naar de kern leiden waar ze celdeling initiëren. Vervolgens, Ras-eiwitten worden gedeactiveerd door een fosfaatgroep af te splitsen van het gebonden guanosinetrifosfaatmolecuul en guanosinedifosfaat te genereren.

Als dit proces wordt belemmerd, bijvoorbeeld door mutaties in het Ras-eiwit, Ras blijft in zijn actieve staat, en de voortgaande celdeling kan leiden tot de vorming van een tumor. "Meer dan 30 procent van alle tumoren draagt ​​een mutatie van het Ras-eiwit, " legt Dr. Daniel Mann van het onderzoeksteam uit. "Daarom, de splitsingsreactie van GTP in Ras is de sleutel voor het begrijpen van vele soorten kanker."

Hoeveel waterstofatomen?

Om GTP-splitsingsreacties in Ras te begrijpen, de onderzoekers hebben een nauwkeurig beeld nodig van het startpunt, d.w.z. ze moeten weten hoe Ras-gebonden GTP eruitziet. Dit omvat de vraag of de drie fosfaatgroepen van het GTP-molecuul waterstofatomen bevatten, omdat ze functioneren als zuren en, bijvoorbeeld, dragen een waterstofatoom wanneer opgelost in water.

Echter, het is voor het grootste deel niet mogelijk om waterstof direct te meten met conventionele methoden zoals röntgenkristallografie. Er is een aanzienlijk verschil tussen de chemische reacties van GTP-splitsing met of zonder gebonden waterstof. Algemeen is aangenomen dat de fosfaatgroepen van GTP-gebonden Ras vrij zijn van waterstofatomen. Deze aanname is echter niet gebaseerd op directe metingen, maar op de interpretatie van veranderingen in de gemeten infrarood- en kernmagnetische resonantiespectra.

Algemene veronderstelling twijfelachtig

Recente neutronendiffractie-analyses van het GTP-analoge GppNHp hebben twijfels doen rijzen over deze algemeen aanvaarde hypothese. In het proces, er zijn aanwijzingen dat GTP toch waterstofatomen kan bevatten. "Dit heeft alle noties van GTP-splitsing tot nu toe uitgedaagd, " zegt assistent-professor dr. Carsten Kötting.

3D-films met subatomaire resolutie

De RUB-onderzoekers hebben verdere metingen gedaan, om zowel het infraroodspectrum van het GppNHp dat wordt ingezet bij neutronendiffractie als het spectrum van het natuurlijke GTP in Ras vast te leggen. Dus, was het mogelijk om een ​​directe vergelijking te maken met neutronendiffractie, evenals een vergelijking met een omgeving die lijkt op die van de menselijke cel. "De gemeten infraroodgegevens stellen ons in staat om moleculaire reacties te decoderen met de hoogste temporele en ruimtelijke resolutie, " legt Klaus Gerwert uit. "Echter, de informatie is gecodeerd in infraroodspectra en is daarom moeilijk te interpreteren."

De RUB-onderzoekers gebruiken een decoderingsproces dat de berekening van experimentele gegevens, zoals infraroodspectra en kernspinspectra, die zijn verzameld door middel van gekoppelde simulaties van kwantummechanica/moleculaire mechanica, vergemakkelijkt. "Als de berekende spectra overeenkomen met de spectra gemeten in experimenten, kunnen we de cijfers die we in experimenten hebben gemeten vertalen naar driedimensionale films, ’ zegt Daniël Mann.

Hypothese bevestigd

De films hebben een resolutie kleiner dan een tiende van de atoomdiameter. "Deze precieze resultaten hebben ons in staat gesteld om eindelijk de nauwkeurige protoneringstoestand van GTP gebonden aan Ras-eiwitten te bepalen:de GTP-fosfaatgroepen dragen inderdaad geen waterstofatomen, ’ besluit Klaus Gerwert.