Knippende katalysator glijdt over DNA

Knippende katalysator glijdt over DNA

Ervoor zorgen dat katalysatoren aan een lopende band reacties uitvoeren? Gebruik een eiwitklem die de katalysator als het ware vastzet aan zijn substraat. Dat is wat chemici van de Radboud Universiteit Nijmegen deden. Met behulp van de eiwitklem hopen ze synthetische katalysatoren te ontwerpen die te besturen zijn.

In een cel is het de normaalste zaak van de wereld:enzymen die aan het DNA reactie na reactie katalyseren, zonder pauze. Dit kunstje is evenwel voor wetenschappers verdraaid lastig te imiteren.

Met behulp van een eiwitklem die de katalysator vastgrijpt en gevangen houdt aan DNA, lukt het echter al een stuk beter. Dat ontdekte de onderzoeksgroep van hoogleraarRoeland Nolte van de Radboud Universiteit Nijmegen. Op die manier is de actie van de katalysator te begeleiden en sturen. Deze week beschreven ze de vondst in de online editie van het vakblad Nature Chemistry.

Stapsgewijze katalyse

Katalysatoren die aan DNA binden en opeenvolgende chemische reacties uitvoeren komen volop voor in de natuur. Neem bijvoorbeeld het enzym DNA-polymerase dat langs het DNA beweegt en stap voor stap DNA-letters aan elkaar koppelt tot een nieuwe streng. Of exonuclease, een knipenzym dat overbodig geworden ketens blokje voor blokje afbreekt. Zulke stapsgewijze katalyse is voor een cel onmisbaar voor onder andere celdeling, transcriptie en herstelwerkzaamheden.

In de natuur gebeurt dergelijke stapsgewijze katalyse vaak met de hulp van een eiwit in de vorm van een klem. De klem waaraan het enzym vastzit omcirkelt het DNA zodat het niet kan ontsnappen aan de acties van het enzym.

Bacterievirus

De onderzoekers gebruikten een klemeiwit dat normaal in een virus voorkomt dat bacteriën infecteert. DNA-polymerase bindt aan het klemeiwit en het geheel glijdt over het DNA, als een goederentrein over een spoor. De klem klikt vast aan specifieke plekken op het DNA waar zijn passagier, het enzym, vervolgens zijn werk doet. Zo brengt de klem het enzym op opeenvolgende tussenstations op het DNA. Daardoor kan het aan de lopende band reacties uitvoeren.

“We hebben dit belangrijke natuurlijke fenomeen, op volgorde werken, nu weten te ‘kapen’ om het aan een kunstmatige katalysator te geven”, vertelt Stijn van Dongen die betrokken was bij het onderzoek.

Nieuw machientje

Van Dongen en zijn collega’s bonden het natuurlijke klemeiwit van het bacterievirus vast aan een kunstmatige katalysator die DNA afbreekt. Het zo ontstane machientje kan dat heel gericht door DNA te knippen op plekken met de lettercode AAA. De onderzoekers plaatsten hun half natuurlijke half synthetische machientje op een stuk DNA en slaagden er zo in het kunstmatige enzym langs het DNA te laten glijden en hem op vooraf gecodeerde plekken te laten knippen.

“Bovendien kunnen we de richting van de katalysator beïnvloeden, door hem links- of rechtsaf te sturen op het DNA”, vertelt Nolte in het persbericht van de universiteit. “Dat doen we door één kant van het DNA te blokkeren, waardoor de katalysator alleen de andere kant op kan.”

Informatie opslaan

Nolte: “Ons uiteindelijke doel is een volledig synthetische katalysator. Die kan namelijk in meer oplosmiddelen gebruikt worden, terwijl de huidige katalysator alleen werkt in water. De synthetische katalysator die ik voor ogen heb, wordt een soort moleculaire computer die met informatie van buitenaf precies weet wat hij moet doen.” De vinding van de chemici helpt bij het naar wens aanpassen van een polymeer molekuul zoals DNA. Bijvoorbeeld om ze sterker te maken of er informatie in op te slaan.

Bron:

Stijn F. M. van Dongen e.a., A clamp-like biohybrid catalyst for DNA oxidation, Nature Chemistry, 22 september 2013 online.

Dit nieuwsbericht verscheen 27 september 2013 op Kennislink

Reageer