Scheikundigen van de Universiteit van Amsterdam hebben met behulp van geavanceerde computersimulaties de ontvouwingsroute van een sensoreiwit opgehelderd. De resultaten van hun onderzoek, die deze week zijn gepubliceerd in het vooraanstaande tijdschrift PNAS, geven meer inzicht in de werking van sensoreiwitten en de vormveranderingen die mogelijk in andere eiwitten optreden.

Sensoreiwitten kunnen signalen, zoals licht, waarnemen en deze signalen doorgeven door middel van vormveranderingen in hun structuur. Een veel bestudeerd voorbeeld van een lichtsensor is het Photoactive Yellow Protein (PYP). Dit eiwit detecteert in bepaalde bacteriën schadelijk UV-licht. Na absorptie van blauw licht (UV-licht) wordt PYP gedeeltelijk ongeordend van structuur, een proces dat milliseconden duurt en lastig te bestuderen is met experimentele technieken zoals kristallografie of Nuclear Magnetic Resonance (NMR). Computersimulaties kunnen een andere invalshoek bieden om extra inzicht in moleculaire processen te krijgen. Tot voor kort was het echter bijna onmogelijk om met behulp van moleculaire simulaties complexe processen van relatief grote moleculen zoals PYP te bestuderen. Het simuleren van dit proces, dat slechts een aantal milliseconden duurt, kost met klassieke simulatiemethoden heel veel tijd. De ontwikkeling van de simulatiemethode Transition Path Sampling maakt het mogelijk om de simulatietijd van zeldzame moleculaire processen te verkorten. Met deze methode bestudeerden Jocelyne Vreede, Jarek Juraszek en Peter Bolhuis van de Computational Chemistry & Physics Group van de UvA de complexe ontvouwingsreactie van PYP.

Specifieke volgorde

Uit hun resultaten blijkt dat PYP, na activatie met blauw licht, eerst haar alpha-helix-structuur verliest, waarna de binnenkant van het eiwit gefaseerd blootgesteld wordt aan water. Dit gebeurt in een specifieke volgorde. Als het eiwit afwijkt van deze volgorde, komt het in een doodlopende route terecht. Het bijzondere van het onderzoek is dat de gehele ontvouwingsreactie van PYP nu tot op atomair niveau in kaart gebracht is, onder milde omstandigheden. De resultaten helpen meer inzicht te krijgen in de werking van sensoreiwitten. Ook laten ze zien hoe veel voorkomende maar moeilijk bestudeerbare, vormveranderingen in andere eiwitten tot stand zouden kunnen komen.

Publicatiegegevens

Jocelyne Vreede, Jarek Juraszek en Peter G. Bolhuis: Predicting the reaction coordinates of millisecond light-induced conformational changes in photoactive yellow protein. PNAS Early Edition, 28 januari 2010.