Lussentrekkend DNA in Delft vastgelegd op film

Biologie

DNA windt op om in een cel te passen. Hoe dat gebeurt hebben Delftse biofysici nu laten zien.

Condensine-eiwit-complex vormt lus in DNA. Beeld Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel

De manier waarop DNA lussen vormt, en zichzelf vorm geeft, is voor het eerst in beeld gebracht. Nederlandse en Duitse onderzoekers maakten filmpjes van dit voor alle cellen fundamentele proces en beschreven het vrijdag in het tijdschrift Science.

De lengte van het DNA in cellen loopt uiteen van 1,5 millimeter in de bacterie E.coli tot soms wel 100 meter in plantencellen. In een menselijke cel is het in totaal 2 meter, verdeeld over de chromosomen.

Om in een cel te passen windt het molecuul op en vormt het ook lussen. Het samenpakken van het DNA gebeurt door de groep van SMC-eiwitcomplexen (SMC staat voor strucural maintenance of chromosomes). De eerste onderdelen van die complexen werden ruim 20 jaar geleden ontdekt. In eerste instantie was het idee dat ze vooral tijdens de celdeling een rol spelen, maar al snel bleken ze ook betrokken bij het reguleren van het afschrijven van genen en het herstel van DNA-schade. Bij al deze processen moet het DNA van structuur veranderen. Maar tot op heden was niet duidelijk hoe de SMC-eiwitcomplexen precies werken.

Het nu gepubliceerde onderzoek richtte zich op één van die eiwitcomplexen, condensine. Het onderzoek werd geleid door Cees Dekker, hoogleraar Moleculaire biofysica aan de TU Delft. „We hebben er acht jaar aan gewerkt om dit proces goed in beeld te krijgen”, zegt hij via de telefoon.

De Delftse onderzoekers gebruikten condensine uit bakkersgist. Dit kregen ze aangeleverd van het European Molecular Biology Laboratory in Heidelberg. In het Delftse lab voegden ze het bij een stuk DNA (48.500 baseparen lang), waarvan beide uiteinden waren bevestigd op een glazen oppervlak. Het condensine was zichtbaar onder de microscoop via een fluorescerende stof die aan het complex bindt. Het DNA werd ook met een kleurstof in beeld gebracht. Wat er vervolgens gebeurde werd gefilmd met een zeer gevoelige camera (belichtingstijd 30 of 100 milliseconden).

Uit het onderzoek blijkt dat condensine zich eerst als een soort veiligheidsgordel op een bepaalde plek aan een streng DNA vast snoert. Daarna wordt de streng vanaf één kant doorgehaald, zodat een lus ontstaat. Ze noemen het proces in het Engels extrusion. „Ik heb er geen goed Nederlands woord voor”, zegt Dekker. „Uitstulping? Lussentrekken?”

De vorming van een lus gaat met hoge snelheid, 1.500 baseparen per seconde. Condensine werkt veel sneller dan bijvoorbeeld de eiwitten die de dubbele DNA-streng uit elkaar halen. „Indrukwekkend”, zegt Dekker. „We weten nog niet hoe dit zo snel kan.”