Planten ‘zien’ UV-straling door dynamische processen in UVR8 eiwit

1 juli 2015

John Kennis en Tilo Mathes (Vrije Universiteit Amsterdam) hebben een belangrijk deel van het reactiemechanisme ontrafeld waarmee planten zich beschermen tegen schadelijk ultraviolet (UV) zonlicht. Dit onderzoek is gebaseerd op een Vici-subsidie die in 2012 door NWO Chemische Wetenschappen aan John Kennis werd toegekend.

Het eiwit UVR8 is een UV-lichtgevoelige receptor in planten die de activiteit reguleert van meer dan 100 genen. UVR8 heeft de fascinerende eigenschap dat zijn lichtgevoelige groepen een integraal deel van het eiwit vormen, namelijk de zijketens van het aminozuur tryptofaan. Dit maakt UVR8 uniek ten opzichte van andere lichtgevoelige eiwitten die voorkomen in de natuur: deze maken doorgaans gebruik van een extern lichtgevoelig molecuul. Deze eigenschap maakt UVR8 ook zeer geschikt voor optogenetische toepassingen. In de afwezigheid van UV-licht vormen UVR8 eiwitten dimeren: twee eiwitten binden daarbij aan elkaar door vorming van een serie zoutbruggen. Na UV-absorptie valt het dimeer uit elkaar, waarna de monomere eiwitten vervolgens de genexpressie in gang zetten door interactie aan te gaan met andere partnereiwitten. 

Tot nu toe tastten onderzoekers volledig in het duister over wat er precies gebeurt in het UVR8 eiwit tussen UV-lichtabsorptie door tryptofaan en de monomerisatie van het eiwit. Een groot deel van dit mysterie is nu opgehelderd in een artikel van John Kennis, Tilo Mathes en collega’s van de University of Glasgow. De onderzoekers maakten gebruik  van geavanceerde, tijdsopgeloste laserspectroscopie waarbij de tryptofanen werden geactiveerd door een zeer korte ultraviolette laserflits. Ze observeerdendat er proton-gekoppelde elektronoverdracht plaatsvindt op het grensvlak tussen de twee UVR8 monomeren die samen het dimeer vormen. Deze reactie resulteert in de vorming van een neutraal tryptofaan radicaal en het verbreken van zoutbruggen die het dimeer bij elkaar houden. De levensduur van het tryptofaan radicaal was meer dan 100 microseconden, tijd genoeg om het dimeer uit elkaar te laten vallen.

Het artikel is gepubliceerd als cover story in het prestigieuze tijdschrift Journal of the American Society met een spotlight door de editors. Dit werk geeft ook meer inzicht in hoe proton-gekoppelde elektronoverdrachtprocessen gefinetuned worden in eiwitomgevingen, hetgeen van fundamenteel belang is voor het onderzoek in duurzame energie en katalyse. 

Dit onderzoek is gebaseerd op een Vici-subsidie die in 2012 door NWO Chemische Wetenschappen aan John Kennis werd toegekend.

Vici is een financieringsinstrument uit de Vernieuwingsimpuls. Het geeft onderzoekers de mogelijkheid een eigen onderzoeksgroep op te bouwen of verder uit te breiden.


 

 


Bron: NWO