Vijfde Nature artikel voor Dirk Slotboom dankzij vitamine B3

Hij onderzocht hoe bacteriën aan hun dagelijkse dosis vitamine B3 komen en kwam per ongeluk terecht in de wereld van het suikertransport. Het leverde RUG-biochemicus Dirk Slotboom deze week een artikel op in het tijdschrift Nature Structural and Molecular Biology, zijn vijfde publicatie in een van de Nature-bladen in minder dan twee jaar.

‘Ik wil weten hoe cellen kleine moleculen opnemen uit hun omgeving’, vertelt Slotboom in zijn kantoor in het Natuurkunde & Scheikunde gebouw. Die vraag onderzoekt hij het liefst via nog totaal onbekende transportsystemen. Iets meer dan een jaar geleden richtte hij zijn aandacht op een transporteiwit met de naam PnuC, waarmee cellen vitamine B3 opnemen. ‘Dat het een vitamine B transportsysteem was wisten we dankzij onderzoek dat jaren geleden is verricht. Op basis van wat we daaruit konden opmaken zijn we in grote DNA-databanken gaan zoeken naar bacterie-genen die coderen voor vergelijkbare transporteiwitten.’

Een van de specialiteiten van de groep van Slotboom is het achterhalen van de moleculaire structuur van transportsystemen met behulp van röntgendiffractie. Hiervoor is het nodig om eerst kristallen te laten groeien van het molecuul dat je wilt bestuderen. ‘Maar je weet van tevoren nooit of een molecuul goede kristallen gaat opleveren. Onze aanpak is daarom om zoveel mogelijk vergelijkbare eiwitten te vinden en dan te zien of een daarvan goed kristalliseert.’

Het onderzoek in de genen-database leverde een hele familie van PnuC-achtige eiwitten op. En één daarvan, uit de bacterie Neisseria mucosa, vormde bruikbare kristallen. ‘Wanneer je eenmaal een goed kristal hebt dat je met röntgendiffractie kunt doormeten zie je ook direct de structuur van het eiwit. Dat is een van de mooiste momenten die je als wetenschapper kunt meemaken.’

Wat Slotboom zag was een eiwit dat zich zeven keer door de celmembraan heen slingert. Het vertoonde bovendien een opvallende symmetrie: de eerste drie segmenten leken zeer sterk op de laatste drie. ‘Maar alleen wat hun structuur betreft. De aminozuur samenstelling van beide helften verschilt namelijk sterk.’

De symmetrische structuur herinnerde Slotboom aan iets dat hij eerder had gezien: een suikertransport eiwit met de naam SWEET. ‘Die naam is een acroniem en staat voor Sugar Will Eventually Efflux Transporter, dit eiwit kan suiker namelijk in twee richtingen transporteren: van buiten naar binnen en van binnen naar buiten.’ Ook het eiwit dat vitamine B3 transporteert kan dit. ‘Al zie je dat in de praktijk niet, omdat bacteriën het vitamine chemisch veranderen wanneer het in de cel zit, waardoor het niet langer naar buiten kan worden getransporteerd.’

Het transporteiwit voor suikers is aanwezig in de cellen van de darmwand, waar ze suiker uit het voedsel doorgeven aan de bloedbaan. Maar ze zitten ook in plantencellen die betrokken zijn bij het uitscheiden van nectar. ‘Dat is een belangrijk onderzoeksonderwerp voor plantenveredelaars. Er is daarom al vrij veel bekend over de SWEET transporteiwitten.’

Net voordat Slotboom de structuur van zijn transporteiwit publiceerde kwam een andere groep met de structuur van een SWEET transporteiwit. ‘Maar dat was half zo groot, met slechts drie segmenten die door de membraan gaan.’ En voor wie het zich afvroeg, dit eiwit heeft inderdaad de naam ‘semi-SWEET’.

Het vitamine B3 transporteiwit dat Slotboom nu heeft beschreven kan nuttige toepassingen hebben. ‘De bacterie Haemophilus influenzae, die hersenvliesontsteking kan veroorzaken, is voor zijn vitamine B3 voorziening totaal afhankelijk van dit transporteiwit. Dus wanneer we dat kunnen blokkeren hebben we een manier om de bacterie te doden. Nu we de structuur van het transporteiwit kennen, is het maken van een blokkerend molecuul haalbaar.’ Een andere mogelijkheid is om een giftig molecuul te ontwerpen dat door het vitamine transporteiwit wordt opgenomen.

Slotboom en zijn groep zullen hun aandacht vooral richten op meer fundamentele vragen. ‘We zijn in gesprek over de praktische toepassingen met collega’s en met bedrijven, maar wat wij graag willen bestuderen is de dynamiek van het vitamine transport. We hebben nu een foto van het eiwit, de volgende stap is achterhalen hoe het transport echt werkt.’

De nieuwe publicatie is de vijfde van Slotboom in een van de Nature tijdschriften binnen twee jaar. ‘We hebben niet echt een verklaring voor dit succes. We bestuderen nieuwe, nog onbekende transport systemen met verschillende technieken. En blijkbaar vinden de redacties dat interessant’, zegt Slotboom.

Zie ook: Het mysterie van de lege lift.

---

Alle vijf de Nature publicaties van Slotboom op een rij:

1: Jaehme M, Guskov A, Slotboom DJ. Crystal structure of the Vitamin B3 transporter PnuC, a full-length SWEET homolog. Nature Struct Mol Biol . 2014 Epub 2014 Oct 8.

2: Slotboom DJ. Structural and mechanistic insights into prokaryotic energy-coupling factor transporters. Nature Rev Microbiol . 2014 Feb;12(2):79-87.doi: 10.1038/nrmicro3175. Epub 2013 Dec 23. PubMed PMID: 24362466.

3: Erkens GB, Hänelt I, Goudsmits JM, Slotboom DJ, van Oijen AM. Unsynchronised subunit motion in single trimeric sodium-coupled aspartate transporters. Nature . 2013 Oct 3;502(7469):119-23. doi: 10.1038/nature12538. PubMed PMID: 24091978.

4: Jensen S, Guskov A, Rempel S, Hänelt I, Slotboom DJ. Crystal structure of a substrate-free aspartate transporter. Nature Struct Mol Biol . 2013 Oct;20(10):1224-6. doi: 10.1038/nsmb.2663. Epub 2013 Sep 8. PubMed PMID: 24013209.

5: Hänelt I, Wunnicke D, Bordignon E, Steinhoff HJ, Slotboom DJ. Conformational heterogeneity of the aspartate transporter Glt(Ph). Nature Struct Mol Biol . 2013 Feb;20(2):210-4. doi: 10.1038/nsmb.2471. Epub 2013 Jan 20. PubMed PMID: 23334291