Boeken

Sunday, January 24, 2010

Botsende eiwitbuisjes bepalen groeirichting plantencellen

Geordende microtubuli in een plantencel

Credit: Jan W. Vos, Laboratorium voor Planten Celbiologie, Wageningen Universiteit


Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 23 januari 2010

Wat zorgt ervoor dat plantencellen in één specifieke richting groeien? Botsende eiwitbuisjes blijken cruciaal, zo hebben biofysici van het FOM-instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) in Amsterdam met een wiskundig model en een computersimulatie aangetoond. Hun resultaten verschijnen op 26 januari in de online-editie van Physical Review Letters.

In een plantencel geven duizenden langgerekte eiwitbuisjes (microtubuli) de groeiende cel zijn richtingsgevoel. De eiwitbuisjes liggen grotendeels parallel aan elkaar en loodrecht op de groeirichting. Ze zitten vastgeplakt aan de binnenkant van het celmembraan en kunnen alleen bewegen door te groeien of te krimpen aan de uiteinden. Maar ze kunnen alle kanten op groeien. De vraag is waarom dan toch zo’n geordende parallelle structuur ontstaat.

In 2004 zagen andere onderzoekers voor het eerst dat de eiwitbuisjes tijdens het groeien met elkaar kunnen ‘botsen’. Bij een botsingshoek kleiner dan veertig graden ritsen de twee buisjes aan elkaar en groeien ze samen in dezelfde richting verder. Bij grotere hoeken schakelt het inkomende buisje van groeien over op krimpen.

Onder leiding van natuurkundige Bela Mulder hebben de AMOLF-onderzoekers de effecten van herhaald botsende eiwitbuisjes voor het eerst doorgerekend. Eerst gebruikten ze een wiskundig model, daarna een computersimulatie. Beide rekenmodellen laten zien dat de ordening bepaald wordt door het type botsing waarbij de groeiende buisjes overgaan in krimpende. Hoe haakser de buisjes groeien op de meerderheid van de andere buisjes, hoe vaker ze botsen. Zo worden ze steeds korter tot ze uiteindelijk verdwijnen. Het omgekeerde geldt ook: hoe meer de buisjes parallel aan elkaar groeien, hoe minder ze botsen en hoe beter ze overleven. Deze botsingsdynamiek zorgt dus voor survival van de parallellen.

De voorkeur voor een oriëntatie loodrecht op de groeirichting in plaats van bijvoorbeeld diagonaal, heeft te maken met een andere functie van de eiwitbuisjes tijdens de celgroei. Ze dienen namelijk als rails voor het neerleggen van cellulosekabels in de celwand, die de cel zijn stevigheid geven. Om geen belemmering te vormen in de groeirichting, heeft dwarsligging de voorkeur.

Hoe belangrijk de geordende eiwitbuisjes zijn, blijkt in de natuur. Planten waarbij het botsingsmechanisme door een genetisch defect faalt, krijgen groeiafwijkingen. In het ergste geval worden het lilliputters.