Voor het maken van pyrrolysine, het ‘22e aminozuur’, heb je twee lysinemoleculen en drie enzymen nodig. Zo simpel is het, vertelt Joseph Krzycki (Ohio State University) deze week in Nature.

Gezien de structuur van pyrrolysine werd tot nu toe gedacht dat er een veel ingewikkelder proces achter zou zitten, met wat meer verschillende moleculen.

Zoals bekend bouwen vrijwel alle organismen hun eiwitten op uit een vaste set van 20 aminozuren, waarvoor hun DNA codeert. Er zijn echter uitzonderingen. Tot nu toe zijn twee extra aminozuren ontdekt die heel soms ook in natuurlijke proteïnen worden ingebouwd: selenocysteïne en pyrrolysine. Die laatste verbinding is in 2002 voor het eerst aangetoond in methyltransferase-enzymen van een paar primitieve bacteriën (archaea).

Krzycki en collega’s hebben nu dus opgehelderd hoe die bacteriën het zeldzame aminozuur kunnen aanmaken. Eerder hadden ze de genetische RNA-code al ontdekt: UAG, normaal gesproken een ‘stopcodon’ maar in aanwezigheid van bepaalde enzymen dus even niet. De genen die verantwoordelijk zijn voor deze afwijking wisten ze ook al te zitten.

Die genen heten pylB, pylC en pylD . En wat er blijkt te gebeuren is dat het pylB-enzym het aminozuur lysine omzet in 3-methylornithine. Het pylC-enzym zet dat vast aan een tweede lysinemolecuul waarna pylD het resultaat oxideert tot pyrrolysine.

Om dat te ontdekken moest Krzycki die genen overplaatsen naar E.coli, en die bacterie voeren met lysine dat was gelabeld met de isotopen ¹³C en ¹⁵N. Met een massaspectrometer kon hij vervolgens aan de afwijkende molecuulmassa’s zien dat er niet een maar twee lysines in het pyrrolysine verwerkt moesten zitten.

Die wetenschap is om twee redenen nuttig. Ten eerste geeft het inzicht in de manier waarop pyrrolysine gedurende de evolutie moet zijn ontstaan. Ten tweede is het interessant om zulke afwijkende aminozuren in te bouwen in de eiwitten van andere bacteriesoorten, en te kijken wat er dan met de functionaliteit van die eiwitten gebeurt.

bron: Ohio State University