Bidirectionele beweging stimuleert de vorming van de DNA-lus

Bidirectionele beweging stimuleert de vorming van de DNA-lus

Wetenschappers uit Delft, Wenen en Lausanne ontdekten dat de eiwitmachines die ons DNA vormgeven van richting kunnen veranderen. Tot nu toe geloofden onderzoekers dat deze zogenaamde SMC-motoren, die lussen in het DNA maken, maar in één richting konden bewegen. De ontdekking, die zal worden gepubliceerd incelis de sleutel om te begrijpen hoe deze motoren ons genoom vormgeven en onze genen reguleren.

Verbind DNA

"Soms moet een cel snel veranderen welke genen tot expressie moeten worden gebracht en welke moeten worden uitgeschakeld, bijvoorbeeld als reactie op voedsel, alcohol of hitte. Om genen uit te schakelen, gebruiken cellen structurele onderhouds-van-chromosoommotoren (SMC), die zich gedragen als schakelaars om verschillende delen van het DNA met elkaar te verbinden", legt eerste auteur Roman Barth uit.

SMC-machines weten echter niet welke onderdelen moeten worden aangesloten. Ze laden eenvoudig ergens op het DNA en beginnen het te herhalen totdat het een punt bereikt waarop het gedwongen wordt te stoppen. Daarom zijn ze sterk afhankelijk van het vermogen om beide kanten van het DNA te onderzoeken om de juiste stoptekens te vinden. “

Roman Barth, Technische Universiteit Delft

Versnellingsbak

Technologiebiofysici van de Technische Universiteit Delft hebben nu ontdekt dat SMC-motoren van richting kunnen veranderen, in tegenstelling tot wat voor mogelijk werd gehouden. ‘Onze experimenten laten zien dat SMC’s kortstondig DNA van de ene kant trekken en dan van richting veranderen om DNA van de andere kant te trekken. Op deze manier kunnen ze na verloop van tijd DNA van beide kanten in een lus trekken. We ontdekten dat dit geldt voor alle soorten SMC-motoren, waarvan er veel zijn’, zegt de Delftse hoogleraar Cees Dekker, die het onderzoek begeleidde. "Je kunt het met één versnellingen in een auto vergelijken: met een handmatige versnellingspook kun je de auto vooruit of achteruit laten rijden. We hebben zelfs de 'versnellingspook', de eiwitsubeenheid NIPBL, geïdentificeerd in het cohesine SMC-motoreiwit."

Indrukwekkende nanotechnologie

Om de omgekeerde overbrenging van SMC-motoren te ontdekken, gebruikten de onderzoekers een geavanceerde zelfgemaakte microscoop om individuele eiwitten op individuele DNA-moleculen te onderzoeken. Dat is op zichzelf al een indrukwekkende prestatie, legt Barth uit: ‘Een enkele cel bevat miljoenen eiwitten en het menselijk lichaam bestaat uit biljoenen cellen. Een paar eiwitten eruit halen en ze individueel kunnen observeren is een staaltje nanotechnologie waarbij beeldvorming op een schaal van nanometers plaatsvindt – 100.000 kleiner dan de breedte van een mensenhaar.’

Neurodegeneratieve ziekten

“Als we eenmaal begrijpen hoe moleculaire motoren van SMC DNA vormgeven, kunnen we ons afvragen wat er misgaat bij ziekten als kanker en neurogeneratieve ziekten, en vooral hoe dit gecorrigeerd kan worden”, zegt Barth. “Neurogeneratieve ziekten kunnen bijvoorbeeld het gevolg zijn van ontregelde genen in de vroege stadia van de zwangerschap in cellen van het embryo.”

Wetenschap in actie

De studie lost eindelijk de verwarring in de wetenschappelijke gemeenschap op over verschillende tegenstrijdige theorieën over hoe SMC's werken. Vroeg onderzoek suggereerde dat SMC's slechts strikt in één richting konden bewegen, terwijl ander onderzoek suggereerde dat ze tegelijkertijd DNA van beide kanten aantrokken. De ontdekking lost deze controverses op. Barth: Na het vinden van overeenkomsten tussen SMC-engines, helpt het om het SMC-onderzoeksveld te focussen en te optimaliseren. We hoeven niet langer voor elk afzonderlijk SMC-eiwit naar een nieuw mechanisme te zoeken. Het zal ook de richting van toegepaste wetenschap versnellen. I. Ik ben blij dat deze kennis farmaceutische bedrijven, ziekenhuizen en uiteindelijk artsenpraktijken binnendringt. “

Bronnen: