Vervang in eiwitten telkens één cysteïnebouwsteen door selenocysteïne en je kunt met NMR precies zien welke cysteïnes onderling een disulfidebinding vormen en zo mede de 3D-vorm van het eiwit bepalen. Stepan Denisov, Ingrid Dijkgraaf, Tilman Hackeng en collega’s van de Universiteit Maastricht leggen het uit in het tijdschrift Chemical Communications.

Dat selenocysteïne is cysteïne waarin het zwavelatoom is vervangen door seleen, dat er pal onder staat in het periodiek systeem. Het wordt wel het 21ste aminozuur genoemd, als enige bouwsteen buiten de vaste set van 20 die vrij vaak voorkomt in natuurlijke eiwitten. Net als cysteïne kan het een permanente Se-S of Se-Se binding vormen met een cysteïne of een selenocysteïne dat er in het gevouwen eiwit vlak naast komt te liggen.

Qua reactiviteit is het verschil tussen zwavel en seleen vrij groot maar Se-Se, Se-S en S-S hebben allemaal ongeveer dezelfde bindingsafstand. En voor de 3D-vorm van het complete eiwit maakt de vervanging van S door Se vrijwel nooit wat uit.

Alleen schiet je er weinig mee op wanneer je de structuur wilt analyseren met NMR. De meeste seleenisotopen zijn daar net zo min gevoelig voor als zwavelisotopen. Alleen ⁷⁷Se geeft een signaal dat in de verte bruikbaar is, en natuurlijk seleen bevat maar weinig van die isotoop.

De ‘SecScan’-techniek van Hackeng, Dijkgraaf en collega’s kijkt dan ook niet naar S of Se maar naar de naastgelegen koolstofatomen in de respectievelijke aminozuren. Met name de twee C’s aan de S-kant van een S-Se binding laten een duidelijk zichtbare verschuiving van hun NMR-signalen zien.

Als je dus in een cysteïnerijk eiwit één cysteïne vervangt door selenocysteïne, kun je uit de NMR-signalen afleiden met welk ander cysteïne dat selenocysteïne een S-Se binding vormt. Die procedure herhaal je net zo lang tot je van alle cysteïnes de bindingspartner in kaart hebt.

Dat vervangen van cysteïne door selenocysteïne kun je doen door het hele eiwit in het lab te synthetiseren uit losse aminozuren. Het alternatief is dat je de productie toevertrouwt aan een gemodificeerde E.coli die er een eigen genetische code voor selenocysteïne op nahoudt. In alle gevallen valt de hoeveelheid werk mee: bij een eiwit met zes cysteïnes ben je na twee rondes al klaar, er van uitgaande dat de laatste twee cysteïnes alleen maar bij elkaar kunnen horen.

Om te bewijzen dat het werkt hebben ze in Maastricht eerst SecScans gedaan bij vier cysteïnerijke eiwitten waarvan de structuur al bekend was. Daar kwamen inderdaad de juiste combinaties uit. Sindsdien is een begin gemaakt met de inzet van SecScan als hulp bij de bepaling van nog onbekende eiwitstructuren: bij twee eiwitten uit teken is het al gelukt.

bron: Universiteit Maastricht