Universiteit Leiden

nl en

Menselijk DNA zachter dan DNA eencelligen

Eencellige organismen hebben stijver DNA dan meercellige levensvormen zoals mensen en rijst. Theoretisch natuurkundigen komen tot deze conclusie na simulatie van buiging in volledige genomen. Publicatie in Biophysical Journal op 7 februari.

Tweede informatielaag

Ons DNA slaat informatie op met gebruik van vier baseletters. Zij coderen voor de eiwitten die alle processen reguleren in ons lichaam. Met een lengte van twee meter per stuk, moeten DNA-moleculen zich strak oprollen om in onze kleine cellen te passen. Lokale variaties in stijfheid laten minder of meer wikkeling toe, en bepalen daarmee de leesbaarheid per verzameling letters. Deze mechanische kenmerken in genen verschaffen een tweede informatielaag in DNA, zoals Leids fysicus Helmut Schiessel aantoonde in eerder onderzoek.

Algemene wet

In een vervolgonderzoek hebben Schiessel en zijn collega’s nu hun computermodel verbeterd, zodat ze de buiging kunnen berekenen in het volledige genoom van vijftig verschillende levensvormen. Dit leidde tot de ontdekking van een nieuwe algemene wet in de biofysica: eencelligen—zoals gist—kenmerken zich door stijve stukjes in hun DNA-reeks aan het begin van genen, terwijl meercellige levensvormen—zoals mensen of muizen—zachte stukjes hebben. ‘Eencelligen hebben toegang nodig tot al hun genen in de ene cel die ze hebben,’ legt Schiessel uit. ‘Daarom heeft het stijf DNA zodat het gemakkelijk is uit te lezen. Mensen hebben vele verschillende soorten cellen en we zien dat weerspiegeld in zacht DNA.’

Volledig genoom

Om tot hun ontdekking te komen, namen de onderzoekers het gemiddelde over vele gesimuleerde DNA-reeksen en keken naar de stijfheid aan het begin van een nieuw gen. Vergelijkingen met laboratoriumexperimenten laten zien dat het model werkt. Schiessel: ‘Onze simulatie is veel sneller dan experimenten, dus we konden voor het eerst het volledige genoom analyseren van verschillende levensvormen. Uit onze bevinding zou je misschien denken: “hoe zachter het DNA, des te complexer het organisme,” maar grappig genoeg zien we dat rijst het zachtste DNA heeft van alle soorten die we hebben geanalyseerd.’

Publicatie

‘Genomes of Multicellular Organisms Have Evolved to Attract Nucleosomes to Promoter Regions’, M.Tompitak, C. Vaillant and H. Schiessel, Biophysical Journal

De onderzoekers hebben het vouwen van DNA gesimuleerd voor 50 verschillende levensvormen. De x-as geeft ruimtelijk een DNA-reeks weer voor een rij van 2000 baseparen. De bezetting van nucleosomen (y-as) is een maat voor de waarschijnlijkheid dat het DNA daar is gevouwen. Grote waarden wijzen op zacht DNA. Rijst blijkt zachter DNA te hebben dan bijvoorbeeld mensen.