Trager eiwitafbraak verklaart waarom mensen langzamer groeien dan muizen

Waarom groeit een muizenembryo in twintig dagen uit tot een compleet dier, terwijl een mensenembryo daar negen maanden over doet? Een deel van het antwoord ligt niet in de genen zelf, maar in hoe snel de eiwitten die deze genen maken weer worden afgebroken. Onderzoekers van het European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Barcelona en Heidelberg, en van PoL-TU Dresden, vergeleken de afbraaksnelheid van bijna 4.000 eiwitten die mens en muis gemeenschappelijk hebben. De conclusie: in menselijke cellen blijven eiwitten gemiddeld langer intact dan in muizencellen.

Van één gen naar het hele eiwitpakket

De eerste aanwijzing kwam uit onderzoek naar één specifiek gen, HES7. Dat gen speelt een sleutelrol bij de zogeheten segmentatieklok, het interne ritme waarmee een embryo lichaamssegmenten zoals wervels aanmaakt. In eerder werk toonde de onderzoeksgroep van Miki Ebisuya al aan dat het HES7-eiwit in menselijke cellen trager wordt afgebroken dan in muizencellen, wat de klok vertraagt. In de nieuwe studie, gepubliceerd in het vakblad Developmental Cell, onderzochten de wetenschappers of dit patroon ook geldt voor het complete proteoom: alle eiwitten die een cel op een gegeven moment produceert. Dat bleek zo te zijn. Niet elk eiwit volgde dezelfde regel en sommige braken in muizencellen juist trager af, maar over de volle breedte gold een duidelijke trend: menselijke eiwitten houden het langer vol. Het maakte daarbij niet uit of een eiwit werd opgeruimd via het proteasoom of via het lysosoom, twee verschillende afvalverwerkingssystemen van de cel.

Metabolisme als de knop die het tempo bepaalt

Om te achterhalen wat dit verschil veroorzaakt, keken de onderzoekers naar het metabolisme van de cellen: de snelheid waarmee ze energie verbruiken en stoffen omzetten. Door de metabolische activiteit van muizencellen kunstmatig te verlagen, vertraagde ook hun eiwitafbraak, en gingen de cellen zich in tempo gedragen als menselijke cellen. Dat wijst erop dat een langzamer metabolisme direct leidt tot langzamere celdifferentiatie en dus een langzamer ontwikkelingstempo.

De bevindingen raken een fundamentele vraag in de biologie: waarom lopen soorten met vergelijkbaar DNA zo uiteen in ontwikkelingssnelheid? Volgens Ebisuya, groepsleider aan PoL-TU Dresden en voormalig EMBL-groepsleider, verwachtten de onderzoekers vooraf een kleine groep bijzondere eiwitten te vinden die zich anders gedraagt tussen de soorten. In plaats daarvan bleek trage eiwitafbraak een algemene eigenschap van menselijke cellen, ongeacht celtype of functie van het eiwit. De uitkomst kan op termijn helpen verklaren waarom het immuunsysteem, het zenuwstelsel en andere weefsels bij mensen zoveel langzamer rijpen dan bij knaagdieren, en biedt aanknopingspunten voor onderzoek naar celveroudering en regeneratieve geneeskunde, waarbij het tempo van celgroei vaak een obstakel vormt.