Een lusje in ons erfelijk materiaal

Door de uiteinden van strengen DNA vast te pakken met laserbundels kun je DNA heel bijzondere dingen laten doen. Het is zelfs mogelijk een lus te leggen in een enkele DNA-streng en deze over een tweede streng heen te schuiven, ondanks dat het DNA te klein is om onder de microscoop te kunnen zien! Onderzoekers in de groep Fysica van Complexe Systemen in het lasercentrum van de Vrije Universiteit hebben dit weten te realiseren.

In het team van Gijs Wuite gebruiken biofysici zogenaamde optische pincetten om piepschuimbolletjes van een paar duizendste millimeter beet te pakken, die wèl zichtbaar zijn onder de microscoop. Elk bolletje wordt gevangen in het brandpunt van een gefocusseerde laserbundel. Als de laserbundel verplaatst wordt, beweegt het bolletje mee. Door nu beide uiteinden van een DNA-molecuul aan bolletjes vast te plakken kunnen de onderzoekers het DNA naar believen buigen, draaien en strekken. Ondertussen gebruiken ze het laserlicht dat van de bolletjes afketst om heel precies te bepalen welke kracht er op het DNA wordt uitgeoefend.

Voor het eerst zijn de onderzoekers in het team, Maarten Noom, Bram van den Broek (afgelopen zomer gepromoveerd in dienst van FOM) en Joost van Mameren (promvendus in dienst van FOM), nu in staat om met in totaal vier optische pincetten twee DNA-strengen om elkaar heen te wikkelen. Alsof het miniatuurtouwtjes zijn, leggen ze met de ene streng DNA een lusje strak om de andere heen. Vervolgens trekken ze dat lusje voorzichtig langs de andere DNA-streng. Opvallend genoeg ontdekten de onderzoekers dat DNA-moleculen bijna wrijvingsloos langs elkaar kunnen glijden. Als ze echter eiwitten aan het DNA laten binden zorgen deze 'obstakels' ervoor dat het DNA-lusje telkens even blijft haken. Op deze manier kunnen de onderzoekers zien waar individuele eiwitten zich aan het DNA hechten alvorens ze hun functie op het DNA uitoefenen. Als ze het lusje strakker trekken, kunnen ze de eiwitten er zelfs afvegen.

De nieuwe techniek wordt deze maand gepubliceerd als coverartikel in het tijdschrift Nature Methods. Het manipuleren van twee DNA-moleculen stelt de onderzoekers in staat complexe biologische processen te onderzoeken waarbij twee stukken DNA betrokken zijn. Denk hierbij aan het bij elkaar houden of het in elkaar draaien van twee stukken DNA om het compacter te maken of bijvoorbeeld het kopiëren van DNA. Juist het feit dat er hierbij twee DNA-moleculen betrokken zijn, maakt het moeilijk om deze processen met al bestaande technieken te onderzoeken. De techniek van de VU-onderzoekers om verscheidene DNA-moleculen te manipuleren kan daarom een belangrijk nieuw instrument worden in de bionanotechnologie.

Meer informatie bij Gijs Wuite, telefoon (020) 598 79 87 of bij Bjørn de Boer van de Dienst Communicatie van de VU, telefoon (020) 598 36 05.

Referentie:
De titel van de publicatie is Visualizing single DNA-bound proteins using DNA as a scanning probe, op 11 november 2007 verschenen in Nature Methodes. De auteurs van het artikel zijn Maarten C. Noom, Bram van den Broek, Joost van Mameren en Gijs J.L. Wuite.

Filmpje, zie onder Bijlage(n). In het filmpje (3x versneld) is te zien hoe er eerst vier bolletjes worden vastgepakt. Vervolgens bewegen er twee bolletjes 'op zoek' naar DNA. Als er DNA tussen twee bolletjes zit, beweegt het stilstaande bolletje een klein beetje mee met de bewegende. Omdat dit moeilijk te zien is zijn voor de duidelijkheid zodra het effect te zien is richtkruisjes toegevoegd. Daarna wordt het DNA om elkaar heen gewonden door één bolletje uit focus te brengen. De bolletjes hebben een diameter van 2 micrometer. Het DNA is 16,4 micrometer lang (een micrometer is een duizendste van een millimeter).

Meer over het onderzoek is ook te vinden op www.nat.vu.nl/compl/dualdna.