DNA ontrafeld door eiwit met motor

Je DNA ligt normaal gesproken als een rommelig hoopje touw in je cellen. Pas als de cel gaat delen, gaan speciale eiwitten aan de slag om het DNA netjes op te vouwen in chromosomen. Hoe deze zogenoemde condensin-eiwitten dit doen weten we niet precies. Sinds een paar jaar discussiëren wetenschappers over twee mogelijke modellen. Door onderzoek van Hoogleraar Moleculaire Biofysica Cees Dekker lijkt een van die modellen nu een stuk aannemelijker.

Grijphaak of lus?

Condensin is een groot driehoekig eiwit met een gat in het midden, dat volgens het klassieke model openklapt en het DNA als een soort grijphaakje bij elkaar raapt. Een interessante theorie, maar volgens Dekker gaat het toch anders: “De laatste paar jaar vinden we steeds meer bewijs voor het zogenoemde _loop extrusion_-model.” Volgens dat model bindt condensin zich vast aan het DNA en trekt het vervolgens de streng door zichzelf heen. “Het is een heel elegante manier van opvouwen, want je vormt mooie nette lussen”, aldus Dekker.

Computersimulaties lieten al zien dat dit lus-model aannemelijk was. Maar tot nu toe hadden onderzoekers nog niet aan kunnen tonen dat condensin het vermogen heeft om het DNA door zijn ring heen te trekken. “Andere eiwitten die bijvoorbeeld over het DNA lopen, stappen steeds een DNA-base vooruit en verbruiken per stap ongeveer een molecuul ATP – de brandstof van de cel”, vertelt Dekker. “Condensin verbruikt erg weinig energie, dus sommige onderzoekers dachten dat het geen ‘motorfunctie’ kon hebben.”

Motorvermogen

Maar het onderzoek van Dekker en zijn collega’s van The European Molecular Biology Laboratory (EMBL) Heidelberg en Columbia University bewijst nu dat condensin wel degelijk motorvermogen heeft. Ze voegden condensin toe aan enkele strengen DNA die ze op een oppervlak vast hadden gemaakt. Zowel het DNA als condensin gaven ze een kleurtje, zodat ze het proces via de microscoop konden volgen. En tot hun vreugde zagen ze dat condensin over de streng DNA bewoog. “Het was als een trein op een rails, het eiwit bewoog wel 10 kilobasen ver”, zegt Dekker. “Op moleculaire schaal is dat ontzettend ver.”

Condensin heeft dus de kracht om DNA te trekken, maar hoe doet hij dat precies? “Dat weten we helaas nog niet”, vertelt Dekker. Maar de hoogleraar heeft al wel een hypothese. Twee van de hoeken van condensin – de hoofden – kunnen namelijk als vleugels van een vlinder naar de derde hoek – het scharnier – toe klappen. Misschien binden de hoofden aan de DNA-streng, verandert het condensin van vorm en haalt het zo het DNA dan naar binnen: “Wellicht gebruikt condensin een soort schoolslag.”

Geen lus gezien

De eerste stappen zijn dus gezet, maar de theorie is nog niet bewezen. “We hebben de DNA-lussen nog niet gezien, en ook nog niet gezien of ze groeien. We hebben nog niet het ultieme bewijs”, vertelt Dekker. Uiteindelijk hoopt de biofysicus het proces helemaal te begrijpen en zo de geneeskunde te helpen: “Bij veel soorten kanker zie je verstoringen van de verdeling van chromosomen in de celdeling, dus we willen graag begrijpen hoe dat precies gaat. Maar daarnaast vind ik het natuurlijk ook ontzettend interessant om te zien hoe onze cellen nou eigenlijk werken.”