Utrechtse onderzoekers hebben de biologische klok van een cyanobacterie letterlijk bevroren. Nu weten ze eindelijk hoe hij werkt, schrijven ze deze week in Science.

Bekend was al dat die klok is gebaseerd op drie eiwitten: KaiA, KaiB en KaiC. Zolang energie in de vorm van adenosinetrifosfaat (ATP) aanwezig is, vormen ze samen een oscillator die evolutionair zo is afgesteld dat hij een cyclus van precies 24 uur doorloopt. Het geheel is zo robuust dat het zelfs wekenlang blijft functioneren als je de gezuiverde eiwitten in de juiste verhouding in een reageerbuisje doet, met wat ATP er bij.

Globaal was al duidelijk hoe dit werkt. KaiC heeft normaal gesproken de neiging zichzelf te defosforyleren. KaiA keert dat proces om, waarna gefosforyleerd KaiC een complex vormt met KaiB. Dit complex bindt KaiA, waardoor het KaiC niet meer van defosforylering kan afhouden. Door die defosforylering vallen de complexen uit elkaar en het cirkeltje is rond.

Maar hoe die complexen er precies uitzien,en hoeveel verschillende varianten langskomen tijdens een klokcyclus, was nog onbekend.

Albert Heck en collega’s hebben daar nu verandering in gebracht. Om te beginnen plukten ze de vruchten van hun jarenlange werk aan massaspectrometers: een paar jaar geleden zou zo’n complex veel te groot zijn geweest om in één stuk door een MS te sturen, maar tegenwoordig kan het.

Uit de gemeten massa’s konden ze vervolgens afleiden dat er meer dan tien verschillende complexen meespelen. KaiC begint als hexameer dat een of twee KaiA-dimeren bindt. Na de fosforylering krijg je eerst KaiC₆B₁ en dan KaiC₆B₆, dat weer één tot zes KaiA-dimeren kan binden. Tijdens het uiteenvallen meet je KaiA₂B₁, dus dat proces verloopt kennelijk via een andere route.

Het grootste complex is dus KaiC₆B₆A₁₂, en dat blijk je los in handen te kunnen krijgen door te spelen met de temperatuur. De klok is ontworpen om te lopen bij 30 °C. Zet je hem in de koelkast bij 4 °C, dan heeft KaiC geen KaiA meer nodig om zichzelf te fosforyleren en gaat de vorming van KaiCBA-complexen in principe door tot alle bouwstenen zijn opgebruikt. Laat je KaiA weg uit de mix, dan krijg je zuiver KaiC₆B₆ in handen.

Met cryo-elektronenmicroscopie lukte het om de 3D-structuur van KaiC₆B₆A₁₂ en KaiC₆B₆ te bepalen met respectievelijk 4,7 en 7 Å resolutie. Dat maakt duidelijk hoe de eiwitten precies aan elkaar gebonden zitten, en hoe de fosforylering van KaiC die bindingen beïnvloedt.

En dat KaiA₂ en KaiB zich afzonderlijk hechten maar er als KaiA₂B₁ weer af vallen, is dan ineens volkomen logisch.

bron: UU, Science