Eiwit trekt DNA door zichzelf heen

Compacter maken

Zoals voor ieder ander klusje dat de cel moet klaren, zijn er ook voor het opvouwen van het DNA speciale eiwitten beschikbaar. Een van die eiwitten is condensin. Dat is een groot eiwit met een opening in het midden. Condensin pakt het DNA bij elkaar, waardoor het geheel compacter wordt en netjes opgerold kan worden tot een soort cilinder; de ene helft van een chromosoom.

De vorm van condensin leverde inspiratie voor twee theorieën over de manier waarop dit eiwit te werk gaat. Volgens de ene theorie werkt condensin als een karabijnhaak – die bergbeklimmers ook gebruiken – en grijpt zo stapsgewijs steeds een stuk van het DNA waardoor het geheel bij elkaar getrokken wordt. De andere theorie stelt dat condensin aan de streng DNA plakt en dan de streng door zichzelf heen trekt, waardoor aan één kant een lus wordt gevormd. Door al deze lussen ontstaat een compacter geheel dat makkelijker opgevouwen kan worden.

In september 2017 publiceerde de onderzoeksgroep van Cees Dekker, hoogleraar moleculaire biofysica aan de Technische Universiteit Delft, in het tijdschrift Science hun vondst dat condensin ook een zogeheten motoreiwit is; een eiwit dat energie kan omzetten in actieve beweging. Het onderzoeksteam liet zien dat condensin zich over relatief grote afstand kan verplaatsen over een DNA-streng. Daarin zagen Dekker en collega’s een sterke aanwijzing dat condensin lussen vormt door het DNA actief door zichzelf heen te trekken, want daarvoor is beweging noodzakelijk. Maar een keihard bewijs was er niet. Daar wees ook een begeleidend commentaar op. ‘Goed begin, maar geen bewijs. Laat eerst maar eens zien dat zo lussen ontstaan’, was de strekking.

Asymmetrisch lussen trekken

En dat is precies wat Dekker en zijn groep nu hebben laten zien. Letterlijk, want ze hebben het proces gefilmd. Mahipal Ganji, postdoc in de Dekker-groep, zette een stuk DNA met beide uiteinden vast en voegde vervolgens condensin en ATP toe. ATP (adenosinetrifosfaat) is de belangrijkste energiedrager in levende cellen. Dit molecuul bevat drie fosfaatgroepen en door een van die groepen af te breken komt er energie vrij. Condensin gebruikt die energie om zichzelf langs de DNA-streng voort te bewegen en zo de streng door zichzelf heen te trekken. De aanwezigheid van ATP is essentieel. Ganji voerde hetzelfde experiment ook uit zonder ATP of met varianten op ATP waar geen fosfaatgroep af kan, en in die gevallen gebeurde er niets. Condensin heeft ATP nodig om zijn taak uit te voeren.

Om het proces zichtbaar te maken, voegde Ganji lichtgevende ‘stickers’ toe aan het stukje DNA. Toen condensin in actie kwam, was duidelijk te zien dat de hoeveelheid lichtgevend DNA zich op een bepaald punt ging concentreren. Hier kwam meer DNA bij elkaar in de buurt doordat er een lus ontstond. Ook was goed te zien dat condensin asymmetrisch werkt. Eén kant verankert zich aan de DNA-streng en beweegt niet, waardoor het stuk DNA tussen die kant van condensin en het uiteinde constant blijft. Het andere deel van het eiwit haalt de streng binnen en aan die kant wordt de ‘vrije’ DNA-streng dus ook steeds korter.

Wat de Delftenaren betreft is de hiermee ‘onomstotelijk bewezen’ hoe condensin de lussen vormt. Maar voor zo’n sterke claim zou het mooi zijn als ze dit resultaat ook kunnen laten zien in een experiment dat iets meer de omstandigheden in een levende cel nabootst.