Grote eiwitatlas van mitochondriën wijst weg naar nieuwe medicijnen

Vrijwel alles wat wetenschappers weten over mitochondriën komt uit onderzoek aan menselijke cellen en gist. Een team onder leiding van celbioloog Vamsi Mootha van het Howard Hughes Medical Institute in Boston besloot verder te kijken. De onderzoekers brachten het zogeheten mitoproteoom – de volledige verzameling eiwitten in en rond het mitochondrion – in kaart bij zes organismen die ver uit elkaar liggen op de evolutionaire boom: vijf eencellige parasieten en één plant. De resultaten staan verspreid over negen artikelen, gepubliceerd op 1 oktober in de vaktijdschriften Cell, Cell Press Blue, Molecular Cell en Current Biology.

Giardia: een minuscuul orgaan vol verrassingen

Een van de bestudeerde organismen is Giardia lamblia, een darmparasiet die wereldwijd jaarlijks ongeveer 280 miljoen mensen besmet en diarree veroorzaakt. Giardia heeft piepkleine, mitochondrion-achtige organellen die extreem moeilijk te onderzoeken zijn, omdat de parasiet zonder zuurstof leeft in de darmen van zijn gastheer. Celbioloog Pavel Doležal van de Karelsuniversiteit in Praag, die niet bij het onderzoek betrokken was, noemt dat een van de redenen waarom deze organellen tot nu toe onderbelicht bleven. Het team ontdekte in totaal 59 mitochondriale eiwitten bij Giardia: 32 die al bekend waren en 27 volledig nieuwe. Van 34 van deze eiwitten is de functie nog onbekend. Volgens Doležal wijst dat op onontdekte stofwisselingsprocessen die tot nu toe over het hoofd zijn gezien.

Door de gegevens van alle zes organismen te combineren met de al bekende eiwitten van mens en gist, stelden de onderzoekers een catalogus samen van 8.619 mitochondriale eiwitten, onderverdeeld in 3.199 eiwitfamilies. Opvallend: 43 procent van die families staat niet geregistreerd in Pfam, de belangrijkste internationale database van eiwitfamilies. Nog opvallender zijn de 33 eiwitfamilies die wél voorkomen bij meerdere ziekteverwekkende parasieten, maar volledig ontbreken bij de mens. Mootha noemt die groep ideale aangrijpingspunten voor medicijnen die gericht de parasiet uitschakelen zonder menselijke cellen te schaden, omdat de betreffende eiwitten simpelweg niet in ons lichaam voorkomen.

Oude discussie over de oorsprong laait weer op

Het onderzoek voedt ook een al decennialang lopend wetenschappelijk debat: hoe is het mitochondrion ooit ontstaan? De heersende theorie stelt dat ongeveer twee miljard jaar geleden een bacterie werd opgenomen door een archaeon, een eencellig organisme dat op een bacterie lijkt maar evolutionair een andere tak vormt. Uit die samensmelting ontstond een blijvende, wederzijds voordelige relatie: de bacterie leverde energie, de gastheercel bood bescherming en voedingsstoffen. Dit proces heet endosymbiose. Door mitochondriale eiwitten te vergelijken over zo veel verschillende organismen, hopen onderzoekers nieuwe aanwijzingen te vinden over hoe die vroege samenwerking precies verliep en welke eigenschappen daarbij verloren of juist behouden zijn gebleven.