DNA gedraagt zich als ketting met zichtbare en onzichtbare kralen
De verdeling van genen over het DNA kan goed worden beschreven met behulp van theorieën over één-dimensionale gassen. Dat blijkt uit werk van onderzoekers van het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) in Amsterdam en het Laboratory of Molecular Biology in Cambridge (Groot-Brittannië). Tussen de genen zelf liggen stukken DNA die verantwoordelijk zijn voor het reguleren van de genen. Deze stukken hebben in elke organisme een andere lengte en zijn veel moeilijker te herkennen dan de genen zelf. Door het DNA te beschouwen als een één-dimensionaal gas, ofwel een ketting van deeltjes die elkaar op korte afstand afstoten, blijkt het mogelijk verschillende categorieën 'buurgenen' te onderscheiden en de lengte van regio's vlak voor en vlak na een gen apart in te schatten. De onderzoekers publiceren hun bevindingen in het mei-nummer van TRENDS in Genetics, een van de meest gelezen vakbladen binnen de genetica.
Een chromosoom van een organisme kan goed vergeleken worden met een kralenketting. "Stel je voor", zegt promovendus Rutger Hermsen, eerste auteur van het artikel, "dat je een lange kralenketting te zien krijgt met kralen erop van allerlei afmetingen. Nu vertelt iemand je dat er misschien ook onzichtbare kralen op de ketting zitten. Hoe komt je er achter of dit echt zo is? Je kunt dit oplossen door de afstanden tussen de zichtbare kralen te analyseren. Als er naast zichtbare kralen ook onzichtbare kralen aanwezig zijn, dan zullen de zichtbare kralen waarschijnlijk minder vaak dicht naast elkaar zitten dan je op statistische gronden zou verwachten; ze worden immers door de onzichtbare kralen uit elkaar gehouden. Het lijkt er daardoor op alsof de zichtbare kralen elkaar afstoten. Hoe groter de onzichtbare kralen zijn, hoe sterker de statistische afwijking zal zijn; daarom kun je zelfs een schatting maken van de afmeting van de onzichtbare kralen."
Hetzelfde effect doet zich voor op het DNA. Genen spelen hier de rol van kralen. De afstanden tussen genen blijken niet volledig willekeurig te zijn. De stukken DNA die verantwoordelijk zijn voor het reguleren van genen, zoals de zogenaamde promoters en terminators, zorgen ervoor dat genen niet zo vaak dicht bij elkaar zitten als men zou verwachten. De afstanden tussen genen in de bacterie en in gist (door de onderzoekers geanalyseerd) kunnen dan ook het best beschreven worden met een één-dimensionaal gas van deeltjes die elkaar op korte afstand afstoten. De dracht (de afstand waarover de kracht voelbaar is) van deze afstoting bevat informatie over de lengtes van de regulerende stukken van het genoom, die in ieder organisme anders zijn. Aangezien deze stukken veel moeilijker te herkennen zijn dan de genen zelf, fungeren ze daadwerkelijk als "onzichtbare kralen".
Informatie op het DNA kan in twee richting gelezen worden. Anders dan kralen hebben genen daardoor een oriëntatie. Buurgenen kunnen dus met de "koppen" naar elkaar toe liggen, of met hun "staarten" naar elkaar toe; bovendien is een kop-staartconfiguratie ook mogelijk. Door de verschillen te analyseren tussen de afstanden tussen buurgenen uit deze verschillende categorieën, kunnen zelfs de lengtes van regio's vlak voor en vlak na een gen apart worden ingeschat.
Meer informatie bij drs. Rutger Hermsen, telefoon (020) 608 13 92 of dr. Pieter Rein ten Wolde, telefoon (020) 608 13 94.
Referentie
Chance and Necessity in Chromosomal Gene Distributions, auteurs Rutger Hermsen1, Pieter Rein ten Wolde1 en Sarah Teichmann2, TRENDS in Genetics, May 2008.
_______________
1 FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica
2 Laboratory of Molecular Biology, Cambridge