Willen we ooit een beetje prettig in een ruimtekolonie kunnen leven, dan moet ons lichaam eerst wat beter bestand zijn tegen gewichtloosheid en kosmische straling. Mogelijk biedt de SUMO-peptide uitkomst.
SUMO-peptiden zijn onmisbaar in levende cellen. Ze binden zich aan eiwitten en leiden zo allerlei chemische processen in ons lichaam in goede banen. Nu blijkt dat SUMO (een Engelse afkorting van Small Ubiquitin-like Modifier) ook een belangrijke rol speelt in de wijze waarop het menselijk lichaam omgaat met gewichtloosheid.
Fitte astronauten
Een recente studie van de Amerikaanse Oklahoma State University laat zien hoe lichaamscellen ‘aanvoelen’ dat er geen zwaartekracht op hen wordt uitgeoefend en hoe de cellen op deze staat van gewichtloosheid reageren. Deze informatie kan nog wel eens heel nuttig blijken, want wetenschappers zoeken koortsachtig naar manieren om astronauten tijdens toekomstige ruimtemissies fit en gezond te houden, en ze bijvoorbeeld te beschermen tegen schadelijke kosmische straling.
De ‘microzwaartekracht’ die er in de ruimte is, triggert een specifiek soort stressreactie binnenin de cel. Een onderzoeksteam onder leiding van moleculair bioloog Rita Miller onderzocht deze eiwitprocessen en ontdekte dat de eiwitmodificator SUMO een sleutelrol vervult in het aanpassingsproces van de cel in een staat van gewichtloosheid. De onderzoekers lieten cellen zweven in het laboratorium met behulp van een door NASA ontwikkeld apparaat en keken ondertussen met een geavanceerde microscoop wat er op moleculair niveau veranderde in de cel.
Microscopisch manusje-van-alles
“We weten dat SUMO bij een normale zwaartekracht op verschillende manieren op stress reageert. De peptide speelt een belangrijke rol bij vele processen op celniveau, zoals bij het repareren van DNA-schade, het reguleren van het cytoskelet (het netwerk van vezels en buisjes dat de cel stevigheid, vorm en beweeglijkheid geeft), de transcriptie van genen, het in goede banen leiden van de celdeling en de vervanging van verouderde eiwitten”, legt professor Miller uit. “Maar uit onze studie blijkt nu voor het eerst dat SUMO ook een sleutelrol heeft in de reactie van de cel op microzwaartekracht.”
De mens heeft drie verschillende SUMO-peptiden, die druk aan het werk zijn in de cellen. Ze zijn klein: ze bestaan uit maar ongeveer honderd aminozuren en komen voornamelijk voor in de celkern. De wetenschap komt steeds meer over de werking van dit manusje-van-alles te weten, bijvoorbeeld over de rol die SUMO speelt bij de ontwikkeling van kanker. De SUMO-peptiden stabiliseren enzymen en transporteren eiwitten in en uit de celkern door zich te koppelen aan specifieke eiwitten. Dit proces van koppelen en ontkoppelen is het gevolg van een reeks enzymatische reacties. Deze modificaties noemen wetenschappers SUMOylatie of deSUMOylatie.
Gewichtloze gist
SUMO kan zich op twee manieren chemisch binden met een eiwit: een niet-covalente binding (waarbij geen elektronen gedeeld worden door de bindende partners) en een covalente binding (waarbij er wel een of meerdere gemeenschappelijke elektronenparen zijn). De onderzoekers keken onder de microscoop naar beide soorten interacties binnenin gistcellen, die vaak gebruikt worden om celprocessen te bestuderen. De helft van de geanalyseerde cellen was het resultaat van zes celdelingen onder normale aardse omstandigheden, terwijl de andere helft van de gistcellen het levenslicht zag na zes delingen in gesimuleerde microzwaartekracht, zoals in de ruimte dus.
Veel actievere SUMO
De specifieke bindingen die de SUMO-peptiden aangingen en de hoeveelheid eiwitexpressie van beide groepen gistcellen werden met elkaar vergeleken. Tijdens de gewichtloosheid bleek SUMO een stuk actiever te zijn dan bij normale zwaartekracht. De onderzoekers telden liefst 37 eiwitten die meer dan 50 procent vaker koppelen met SUMO bij microzwaartekracht. Dit waren onder andere eiwitten die zich bezighouden met het repareren van DNA. En laat dat nu net superbelangrijk zijn in de ruimte vanwege de stralingsschade die kosmische straling aanricht.
“SUMO kan een heleboel verschillende functies hebben in de cel. Onze studie leidt hopelijk tot meer begrip over de regulering van de reeks enzymatische reacties bij microzwaartekracht waarbij deze bijzondere peptide betrokken is”, besluit Miller. Het vervolgonderzoek is al gepland en gaat in op de potentieel schadelijke invloed van het ontbreken van SUMO-peptiden in de cel tijdens gewichtloosheid. Het team wil weten of specifieke eiwitten hierdoor slechter gaan presteren en in hoeverre dit schadelijk is voor de cel.
