Spanning doet DNA smelten
Wat gebeurt er met DNA als je er hard aan trekt? Het antwoord op deze vraag biedt nieuwe mogelijkheden om te onderzoeken hoe DNA wordt gebruikt in levende organismen. Wetenschappers steggelen er dan ook al tien jaar over. Onderzoekers Wuite (Vici 2008) en Peterman (Vidi 2002) van de Vrije Universiteit te Amsterdam hebben nu, samen met onderzoekers van de Stichting FOM en collega's uit Zweden en Frankrijk, eindelijk het antwoord gevonden. Door gebruik te maken van een unieke techniek waarmee 'foto's' van het DNA te maken zijn terwijl het opgerekt wordt hebben de onderzoekers nu aangetoond dat de twee strengen waaruit DNA bestaat loslaten (smelten) tijdens het oprekken, net zoals gebeurt tijdens verhitten. Ze publiceren hun resultaten deze week in het gerenommeerde tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Smeltend DNA
DNA, de drager van ons erfelijk materiaal, begint te smelten wanneer het wordt verhit. Bij een temperatuur van zo'n 70 tot 80 graden Celsius laten de twee om elkaar gewonden strengen waaruit het molecuul bestaat langzaam maar zeker los. Nu is aangetoond dat dit ook gebeurt als er hard aan het DNA wordt getrokken. Deze ontdekking is belangrijk omdat het tot nieuwe mogelijkheden kan leiden om de binding van eiwitten aan DNA te onderzoeken. Dit is een van de meest fundamentele processen voor het repareren, kopiëren, aflezen en instant houden van DNA in levende organismen.
Overstrekken in beeld
Met geavanceerde natuurkundige technieken is het mogelijk een enkel DNA molecuul op te rekken en tegelijkertijd te meten hoe elastisch het is. Op deze manier is ruim tien jaar geleden ontdekt dat DNA, als er hard genoeg aan getrokken wordt, plotseling bijna twee keer zo lang kan worden zonder kapot te gaan. Tot voor kort was niet duidelijk wat er nu precies gebeurt bij dit zogenaamde 'overstrekken' van DNA. Nu is het de Amsterdamse onderzoekers gelukt om dit beter in beeld te krijgen. Zij beschikken namelijk over wereldwijd unieke instrumentatie die het voor het eerst mogelijk maakt om zeer nauwkeurig en gevoelig 'foto's' te maken van het DNA terwijl het opgerekt is. Daarbij hebben de onderzoekers gebruik gemaakt van gekleurde eiwitten die aangeleverd zijn door Zweeds en Franse collega's.
Controverse opgelost
Met deze techniek kon het team van onderzoekers laten zien dat bij het overstrekken enkelstrengs DNA ontstaat (de strengen laten elkaar los). DNA smelt dus inderdaad als er kracht op wordt uit geoefend. Zonder ingewikkelde berekeningen of theorieën is zo in één klap de controverse over wat overstrekken precies is opgelost. Deze ontdekking baant de weg voor nauwkeurige wiskundige modellen voor de structuur en stabiliteit van DNA en een beter begrip van biologische processen.
Referentie
'Unraveling the structure of DNA during overstretching using multicolor, single-molecule fluorescence imaging', Joost van Mameren, Peter Gross, Geraldine Farge, Pleuni Hooijman, Mauro Modesti, Maria Falkenberg, Gijs Wuite en Erwin Peterman.
http://www.pnas.org/content/early/2009/10/16/0904322106.abstract
Contact
Dr.ir. E. (Erwin) Peterman, Laser Centre and Department of Physics and Astronomy, Vrije Universiteit, telefoon (020) 598 75 76, mobiel 06 53 86 08 94.
Voor meer informatie over het onderzoek kunt u kijken op http://www.nat.vu.nl/en/research/physics-life-health/single-molecule-cell-level-biophysics/index.asp.