DNA is springkussen voor superkronkels

Geschreven door op sep 16, 2012 in DNA technologie | Laat een reactie achter
DNA is springkussen voor superkronkels

Het DNA-molecuul een lange draad in de cel? Nee hoor, het is een warrige kluwen van lussen. Lussen, die zich zeer snel en ver kunnen verplaatsen langs het DNA. Daarbij springen ze soms van de ene plaats naar een verder weg gelegen plaats. Onderzoekers van de TU Delft brachten de beweging van deze superkronkels in beeld.

Een DNA-molecuul is niet zomaar een lange sliert die ronddwaalt in een cel. Helemaal uitgerekt kan de lengte van een DNA-molecuul namelijk wel duizenden keren zo lang zijn als de lengte van een cel. Vandaar dat het DNA van levende cellen opeengepakt en opgedraaid zit in een warrige kluwen van lussen, oftewel ‘superkronkels’.

Die superkronkels kunnen zich heel snel en ver langs het DNA verplaatsen. Daarbij kunnen ze van plek naar plek springen binnen een paar milliseconden, ontdekten promovendus Marijn van Loenhout en zijn collega’s van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft. Ze werden hierbij geleid door nanofysicus Cees Dekker.

Opgefrommeld snoer

Stel je een uitgerekt DNA-molecuul eens voor als het snoer van je oordopjes. Pak je het snoer aan de uiteinden vast, en draai je in tegengestelde richting, dan komen er allemaal lussen in. Als je je oordopjes opgefrommeld uit je tas opvist is dat heel irritant. Maar voor een DNA-molecuul zijn zulke lussen van groot belang, al is er over de organisatie nog niet zo veel bekend.

Wel weten we dat superkronkels plaatselijk de structuur van het DNA veranderen, wat bepalend is voor welke genen wel en niet worden afgelezen. Daarnaast kan via de lussen een specifiek stukje DNA in contact komen met een ander specifiek stukje dat, zou je de DNA-sliert uitrekken tot een lange draad, wel miljoenen basenparen verderop kan liggen. Cellen gebruiken de superkronkels om zulke stukjes DNA bijeen te brengen en uit te wisselen.

Om meer te begrijpen van de manier waarop superkronkels celprocessen beïnvloeden, is het van belang te weten hoe ze bewegen. Bewegen de lussen langs het DNA? En zo ja, op welke manier en op welke tijdschaal?

Beweging in beeld

Wat we tot nu toe wisten van superkronkels kwam van plaatjes genomen met een atoomkrachtmicroscoop(AFM). De lussen waren dus alleen nog in stilstaande toestand bestudeerd, want het vastleggen van bewegende DNA-lussen is een stuk ingewikkelder.

Gelukkig kwamen andere onderzoekers van het Kavli Institute of Nanoscience, deze zomer met een verbeterde magnetische pincet waarmee ze zelf DNA-lussen maakten door individuele DNA-moleculen op te draaien met behulp van magneetjes. Van Loenhout gebruikte deze methode om een enkelstrengs DNA-sliert, waarop fluorescente groepen waren aangebracht, op te winden. Onder de fluorescentiemicroscoop was het molecuul te zien als een lange lichtgevende draad. De lussen waren zichtbaar als heldere stippen langs het DNA, omdat op die plekken meer lichtgevend DNA zat (zie onderstaand filmpje).

Van Loenhout zag dat de lussen geleidelijk langs het DNA bewegen. Maar er was ook een grote verrassing: de lussen maakten ook sprongetjes van soms wel een micrometer ver – een gigantisch stuk binnen de vijf micrometer lange DNA-sliert – binnen een paar milliseconden. Tijdens zo’n sprongetje verdween op een bepaalde plek een lusje dat op een andere ver weg gelegen plek weer opdook. Iets wat nog nooit eerder was gezien.

Werk aan de winkel

Deze ontdekking helpt de onderzoekers op meer inzicht te krijgen in de fysieke eigenschappen van het DNA. Het mag dan bijna zestig jaar geleden zijn sinds deontdekking van de dubbele helix, maar het is duidelijk dat de structuur van het DNA-molecuul nog steeds veel geheimen heeft bloot te geven.

Voor Dekker en zijn team is er gelijk meer werk aan de winkel. Ze deden hun experimenten tot zover alleen met enkelstrengs DNA. Of de lussen op dezelfde manier springen in cellen van een levend organisme, waar het dubbelstrengs DNA goed ingepakt zit en bepakt is met eiwitten, is nog niet helemaal duidelijk. Ze gaan daarom nu verder kijken hoe de aanwezigheid van DNA-bindende eiwitten de vorming en beweging van superkronkels beïnvloedt.

Bron:

M.T.J. van Loenhout e.a., Dynamics of DNA Supercoils, Science Express (13 september 2012, online).

Dit nieuwsbericht verscheen 16 september 2012 op Kennislink

Reageer