29 mei

Systeem dat cellen laat delen, is als een mozaïek

Terug naar nieuws

Het eiwitcomplex dat cellen van dieren, planten en schimmels gebruiken om zich te delen, is lang geleden ontstaan uit tenminste 40 verschillende eiwitten. Dat kan het grote succes van alle cellen met een celkern verklaren, volgens onderzoekers van de groep van Geert Kops van het Hubrecht Institute en de groep van Berend Snel van de Universiteit Utrecht. Hun resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.

“Je zou misschien denken dat een schimmel meer lijkt op een bacterie dan op ons,” zegt Geert Kops, celbioloog aan het Hubrecht Institute, “maar dat is niet het geval. In tegenstelling tot de prokaryote bacteriële cellen hebben eukaryote cellen van schimmels, planten en dieren een kern, waarin het DNA zit opgeslagen.”

Hoewel beide soorten cellen hun DNA kunnen verdubbelen om dat vervolgens te verdelen over twee nieuwe dochtercellen, zijn de systemen waarmee prokaryoten en eukaryoten het DNA verdelen over de dochtercellen totaal verschillend. De eukaryoten maken daarbij gebruik van een zogenoemde kinetochoor, een eiwitcomplex dat wel eens cruciaal kan zijn geweest voor hun succes.

Microtubule threads (red) pull the chromosomes (blue) to both sides of the nucleus. Each chromosome contains a kinetochore (green dots). Credit: Banafseh Etemad, © Hubrecht Institute

Kinetochoor geeft startsignaal metafase
“Het erfelijk materiaal ligt vast in het DNA van de chromosomen,” zegt Geert Kops. “Op beide chromatiden, de zusterstrengen van een chromosoom, zit tijdens de celdeling een eiwitcomplex in de vorm van een grijpertje zoals je die ziet op de kermis. Dit kinetochoor zorgt dat alle chromosomen eerst netjes op een rijtje in het midden van de kern komen te liggen. De cel deelt pas als alle kinetochoren afzonderlijk laten weten dat hun taak is volbracht. Dat is het startsignaal voor de metafase, waarin de chromatiden exact tegelijk uit elkaar worden getrokken.”

Berend Snel, theoretisch bioloog aan de Universiteit Utrecht (UU): “Eerst ligt nog één chromosoom niet helemaal in het midden. En dan, zodra dat laatste chromosom erbij zit, is het ineens ‘bam’ en gaan alle chromatiden los en naar hun eigen helft.”

Geen tussenvorm, dus onmisbaar
In elke eukaryote cel die nu op aarde leeft, heeft die kinetochoor een ingewikkelde bouw, terwijl prokaryote cellen juist helemaal geen kinetochoor bezitten. In de evolutieleer is de afwezigheid van simpele tussenvormen een aanwijzing voor het belang van het eiwit.

Berend Snel, theoretisch bioloog aan de Universiteit Utrecht (UU): “Dat maakt het voor ons des te relevanter om te achterhalen hoe het eiwitcomplex is ontstaan. Alle huidige kinetochoren moeten dezelfde afstamming hebben.”

The kinetochore, a mosaic of at least 40 different proteins

Data mining
Voormalige promovendi Eelco Tromer (Hubrecht Institute) en Jolien van Hooff (UU) konden die afstamming achterhalen door een verbeterde, meer gevoelige methode voor het zoeken naar vergelijkbare DNA-volgordes – en dus verwantschappen – te combineren met nieuwe inzichten in de samenstelling van het eiwitcomplex.

Berend Snel: “We maakten gebruik van door andere wetenschappers gepubliceerde 3D-structuren van subcomplexen van het kinetochoor. Via data mining in die informatie konden we achterhalen hoe het systeem is geëvolueerd. Het eiwitcomplex blijkt een waar mozaïek van tenminste 40 oer-eiwitten te zijn, die ook nog eens vele malen zijn gedupliceerd.”

Voor mij is het kinetochoor als het zwarte gat van de eukaryote celdeling.

Zwarte gat van de celdeling
De publicatie geeft inzicht in de ontwikkeling van het leven. Geert Kops van het Hubrecht Institute: “Een nauwkeurig gecoördineerde deling is essentieel voor het succes van een cel. Voor mij is het kinetochoor als het zwarte gat van de eukaryote celdeling. We willen graag weten hoe het systeem is ontstaan en hoe het functioneert in alle organismen op aarde. Dit werk draagt daaraan bij.”


Publicatie
Mosaic origin of the eukaryotic kinetochore.
 Eelco Tromer*, Jolien J.E. van Hooff*, Geert J.P.L. Kops^ and Berend Snel^. PNAS 2019.
*gelijke bijdrage, ^gedeeld laatste auteur

 

 

Geert Kops is groepsleider bij het Hubrecht Instituut, professor Molecular Tumor Cell Biology bij het Universitair Medisch Centrum Utrecht en Oncode Investigator.

 

Berend Snel is professor in bioinformatics aan de Universiteit Utrecht en hoofd van de Evolutionary Genomics and Integrative Bioinformatics groep.