Biofysici trekken DNA los als een rits

DNA lijkt niet op een tuinslang. Dat is de uitkomst van een onderzoek waarin hoogleraar Gijs Wuite en dr. Erwin Peterman van de Vrije Universiteit Amsterdam met collega’s uit Kopenhagen en Parijs DNA-strengen voorzichtig bij de uiteinden pakten en ze steeds verder uitrekten. Dat een kluwen DNA dan gelijkmatig uitrolt en daarna gelijkmatig nog een beetje oprekt, zoals een zich ontrollende tuinslang, dat geldt eigenlijk alleen als op de uiteinden kleine krachten werken. Dat was intussen wel bekend, maar Wuite en collega’s hebben nu heel precies opgehelderd wat er gebeurt als je steeds harder aan de uiteinden trekt (Nature Physics, 29 mei).

Zulk onderzoek naar de ‘mechanica’ van het DNA is een belangrijke aanvulling op de chemische kennis over het DNA. De chemie leert dat DNA bestaat uit twee strengen met elk miljoenen basen – adenine (A), thymine (T), cytosine (C) en guanine (G). Die strengen zijn in het DNA aan elkaar ‘geritst’ doordat telkens twee basen een paar vormen. Dat levert een wenteltrap op, met baseparen als treden. De volgorde van de treden, en daarmee van de letters, legt de genetische informatie vast – dat is weer chemie. Maar om te begrijpen hoe eiwitten naar de juiste plek op die DNA-wenteltrap reizen, zich daar tussen de ‘treden’ wurmen, en die code overschrijven, daarvoor is het weer belangrijk om te weten hoe stevig de trap in elkaar steekt.

Wuite en zijn collega’s pakten daarvoor zo’n DNA-streng bij de uiteinden. Eerst hadden ze aan beide uiteinden een bolletje van piepschuim geplakt – met een slim gekozen eiwit als lijm. Daarna hielden ze die bolletjes vast met de laserbundels van een optisch pincet. Fluorescerende labels, vooraf op verschillende plekken van het DNA aangebracht, maakten het mogelijk om te filmen wat er gebeurde als de bolletjes vervolgens steeds verder van elkaar getrokken werden.

Eerst ontwond de DNA-helix langzaam. Oefenden de onderzoekers vervolgens meer kracht uit, dan sprongen her en der baseparen los. Die paren knapten niet allemaal even gemakkelijk – CG was bijvoorbeeld steviger gebonden dan AT. Het gevolg was dat soms een rij van honderden baseparen losschoot, als een rits die daarna bij een stevig basepaar weer bleef haperen.

Trokken de onderzoekers nog harder, dan schoten de twee DNA-strengen zelfs helemaal los. Zo eindigden zij met één streng (de bolletjes waren aan één van de twee strengen geplakt), die ze daarna met geringe kracht konden oprekken tot 170 procent van de oorspronkelijke lengte. Met die inzichten hebben de biofysici nu een wiskundig model opgesteld – een verbeterd ‘tuinslangmodel’ – dat inzicht moet geven hoe eiwitten de treden van de DNA-trap uit elkaar kunnen duwen of zelfs doorbreken om daarna genetische informatie te kopiëren.

Margriet van der Heijden