Wiskundig model van klokeiwitten in cyanobacterie

Onderzoekers van het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) en de VU hebben een model ontwikkeld van de biologische klok van een cyanobacterie. Het doet voorspellingen die uitstekend overeenkomen met experimentele waarnemingen, zo blijkt uit een publicatie op de website van PNAS.

Al bijna twintig jaar is bekend dat cyanobacteriën een dag- en nachtritme hebben, net als meercellige organismen. Hun klok werkt met drie klokeiwitten: KaiA, KaiB en KaiC. Die laatste wordt ’s nachts tijdelijk gefosforyleerd en legt dan bijna alle activiteiten in de cel stil.

Bijzonder is dat dit mechanisme ook blijkt te werken wanneer je de drie klokeiwitten in een reageerbuis doet. De meeste biologische klokfuncties zijn gebaseerd op gecontroleerde synthese en afbraak van klokeiwitten, maar de cyanobacterie beschikt kennelijk over een fundamenteel ander mechanisme dat de eiwitten heel laat.

Het nu ontwikkelde model geeft voor het eerst een verklaring. Het laat elk KaiC-eiwit afzonderlijk een fosforylatiecyclus doorlopen. KaiA en KaiB zorgen voor synchonisatie van die cycli: ze jagen achterblijvende KaiC-eiwitten op en remmen de voorlopers af. Het resultaat is dat alle KaiC’s in een 24-uursritme komen te zitten.

Het model voorspelt correct dat de lengte van de cycli niet of nauwelijks afhankelijk is van de omgevingstemperatuur. Die zogenoemde temperatuurcompensatie was tot nu toe voor geen enkele biologische klok theoretisch verklaard.

bron: FOM