Eiwit Schimmeltoxine remt de eiwitproductie in cellen

Wetenschappers hebben een schimmeltoxine ontdekt dat de eiwitfabriekjes van de cel tot stilstand brengt. Deze bevindingen geven niet alleen inzicht in de kern van de eiwitproductie, maar kunnen op de lange termijn ook de weg vrijmaken voor innovatieve behandelingen.

Bern/Zwitserland – Elke cel in ons lichaam is afhankelijk van eiwitten voor groei, herstel, afweer tegen ziekteverwekkers en vrijwel alle andere levensprocessen. Deze eiwitten worden geproduceerd door minuscule ‘eiwitfabriekjes’, de zogenaamde ribosomen. Verstoringen in de eiwitproductie worden in verband gebracht met ziekten zoals kanker, ontwikkelingsstoornissen en virale infecties. Onderzoekers over de hele wereld zijn daarom op zoek naar stoffen die de eiwitproductie specifiek beïnvloeden, om beter te begrijpen hoe ribosomen functioneren en om nieuwe therapeutische benaderingen te ontwikkelen.

Een onderzoeksteam van de afdeling Scheikunde, Biochemie en Farmaceutische Wetenschappen (DCBP) van de Universiteit van Bern heeft nu een nieuwe methode ontwikkeld om specifiek stoffen te identificeren die de werking van ribosomen beïnvloeden. Uit het onderzoek bleek dat een specifiek schimmeltoxine de eiwitproductie vertraagt en de „eiwitfabriekjes“ van de cel in een soort rusttoestand brengt. Het onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met de Biomolecular Screening Facility van de EPFL en de Cryo-EM Knowledge Hub van de ETH Zürich, en is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Communications Biology.

28.000 verschillende stoffen getest met behulp van de Bernse methode

Om specifiek te zoeken naar stoffen die de eiwitproductie beïnvloeden, maakten de onderzoekers van de Universiteit van Bern geen gebruik van traditionele tests met levende cellen. Deze zijn te complex om een direct effect aan te tonen. In plaats daarvan ontwikkelden ze een testsysteem dat de menselijke eiwitproductie buiten levende cellen nabootst. Met behulp van dit systeem hebben ze 28.000 verschillende stoffen getest en gemeten hoeveel eiwit er in elk geval werd geproduceerd. „Door de cellen als het ware terug te brengen tot de essentie, kunnen we heel nauwkeurig onderzoeken of een stof de menselijke eiwitproductie rechtstreeks beïnvloedt”, legt Nino Schwaller uit, eerste auteur van de studie en masterstudent aan het DCBP. Hij voegt eraan toe: “Dankzij onze nieuwe methode kunnen we de effecten van milieutoxines en potentiële werkzame stoffen op een van de meest fundamentele biologische processen van het leven, namelijk de eiwitproductie, met veel grotere precisie onderzoeken dan voorheen.”

Mycotoxine in granen richt zich op specifieke doelwitten

Van de vele geteste stoffen viel vooral de mycotoxine NT-2 op, die wordt geproduceerd door graanschimmels van het geslacht Fusarium. Deze schimmels infecteren tarwe, gerst, haver en maïs, waardoor gewassen worden aangetast en voedsel en diervoeder worden verontreinigd. Het onderzoeksteam heeft nu aangetoond dat deze NT-2-mycotoxine zich rechtstreeks aan de ribosomen bindt. “We waren vooral onder de indruk van hoe nauwkeurig dit natuurlijke toxine zich richt op de eiwitfabriekjes van de cel”, zegt Schwaller. Nog verrassender was de volgende observatie: „Ribosomen zijn qua structuur in principe zeer vergelijkbaar bij planten, dieren en schimmels, dus je zou verwachten dat NT-2 zich ook aan ribosomen in deze organismen bindt en hun eiwitproductie blokkeert. Interessant genoeg lijken de cellen van de toxineproducerende schimmels zelf echter beschermd te zijn tegen NT-2”, legt Schwaller uit. Het onderzoek helpt ons te begrijpen hoe schimmeltoxines uit besmet graan belangrijke processen in menselijke cellen kunnen verstoren.

Ribosomen blijven in de ‘slaapstand’

Het team deed zijn meest verrassende ontdekking toen het de ribosomen van met NT-2 behandelde cellen nader onderzocht. Een groot deel van de ribosomen bevond zich in een stabiele maar inactieve toestand. “Je kunt je voorstellen dat de eiwitfabriekjes van de cel in een slaapstand zijn gezet, waaruit ze niet meer uit zichzelf kunnen ontwaken”, legt dr. Evangelos Karousis uit, hoofdauteur van de studie en onderzoeksgroepsleider bij het DCBP aan de Universiteit van Bern. “Onze waarnemingen zouden kunnen verklaren waarom bepaalde milieutoxines of medicijnen langdurige sporen achterlaten in cellen”, voegt hij eraan toe.

Het nieuwe onderzoek brengt verschillende onderzoeksgebieden met elkaar in verband: het laat zien hoe een toxine uit graanschimmels een van de meest fundamentele processen in menselijke cellen verstoort, biedt nieuwe inzichten in de werking van ribosomen en introduceert tegelijkertijd een methode om specifiek stoffen te identificeren die de eiwitproductie beïnvloeden. “Veel ernstige ziekten houden verband met cellen die te veel, te weinig of de verkeerde eiwitten produceren”, zegt Karousis. “Als we beter begrijpen hoe deze eiwitfabriekjes kunnen worden afgeremd of bewust in een rusttoestand kunnen worden gebracht, zou dit uiteindelijk kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe behandelingen.” De Universiteit van Bern is een van de toonaangevende centra voor de ontwikkeling van innovatieve methoden voor het analyseren van cellulaire processen. Het nu gepresenteerde testplatform is een uitstekend voorbeeld van hoe onderzoekers in Bern instrumenten ontwikkelen die fundamenteel onderzoek nauwer koppelen aan toekomstige medische toepassingen. Als volgende stap zijn de onderzoekers van plan te onderzoeken onder welke omstandigheden „slapende“ ribosomen weer kunnen worden geactiveerd en hoe wijdverbreid deze speciale rusttoestand in cellen is – bijvoorbeeld tijdens stress, ziekte of blootstelling aan andere milieutoxines.