Met zogenoemde posttranslationele modificaties reageren cellen binnen een seconde op veranderingen in hun omgeving, waarvoor ze hun receptoren spreiden om zo goed mogelijk voorbereid te zijn, valt te lezen in Science Advances.

Hoe celpopulaties op hun omgeving reageren is een vraag die veel biologen en biochemici bezighoudt. De veronderstelling was dat ze dat doen door een genetische switch om te zetten die dan zorgt voor de juiste respons door middel van eiwittranslaties. Maar nu blijkt het toch anders te werken, vonden Keita Kamino, Tom Shimizu en collega-onderzoekers van AMOLF en Yale.

Als niet duidelijk is wat zich in de omgeving bevindt of als er maar weinig prikkels zijn, dan zorgen cellen voor diversificatie van hun receptoren, zodat ze klaar staan om op verandering te reageren. Shimizu en zijn team vonden dat niet genexpressie, maar posttranslationele eiwitmodificatie (PTM) zorgt voor een snelle aanpassing. In dit geval keken de onderzoekers naar de chemotaxis van Escherichia coli-bacteriën, dat is de beweging van of naar een bepaalde chemische stoffen. Met single-cell fluorescence resonance energy transfer (FRET)-metingen van de chemotaxisactiviteit kwantificeerden ze de gevoeligheid van individuele cellen onder verschillende niveaus van achtergrondsignalen.

Om snel tussen stimuli te kunnen schakelen, gebruikte het team een microfluïdisch systeem. Zo vonden ze dat cellen in afwezigheid van een achtergrondsignaal veel verschillende receptoren presenteren. Maar zodra ze zorgden voor een signaal nam de diversiteit van de receptoren af tot een tiende van het origineel zonder dat daarbij de receptorconcentratie veranderde, terwijl de cellen hun focus snel verschoven naar het nieuwe signaal. Bij PTM van E. coli-chemotaxis gaat het om methylering van bepaalde eiwitten, die daardoor van vorm veranderen en zo hun gevoeligheid aanpassen aan nieuwe signalen. Deze combinatie van PTM en fysieke interacties tussen eiwitten maken dit mechanisme zo snel.

De onderzoekers vermoeden dat deze ‘risicospreiding’ ook in andere celtypes voorkomt, juist omdat PTM zoveel optreedt in verschillende organismes.

_{Kamino, K. et al. (2020) Sci. Adv. 6}