Universiteit Leiden

nl en

DNA vouwt zich makkelijker op dan gedacht

De manier waarop DNA zich opvouwt, bepaalt in grote mate welke genen uitgelezen worden. John van Noort en zijn groep hebben gekwantificeerd hoe gemakkelijk opgerolde stukjes DNA op elkaar stapelen. Dat kost minder energie dan eerder werd aangenomen. Publicatie in Biophysical Journal.

Elke cel in ons lichaam bevat meerdere meters aan DNA, dat zich in allerlei bochten moet wringen om in een celkern van enkele micrometers te passen. Het DNA van iedere cel bevat exact dezelfde reeks van miljarden letters die coderen voor eiwitten. Toch zijn er veel verschillende soorten cellen, zoals zenuwcellen, bloedcellen of vetcellen, die elk een specifieke combinatie van eiwitten produceren. Hoe weet een zenuwcel welke eiwitten hij nodig heeft? En hoe weet hij überhaupt dat hij een zenuwcel is? De manier waarop DNA zich opvouwt, bepaalt in grote mate welke genen uitgelezen worden. Op de plekken waar irrelevante code staat voor zenuwcellen is de DNA-helix strak opgevouwen—en dus slecht leesbaar—maar ze is juist uitgestrekt waar nuttige code staat. Biofysici proberen het mechanisme te begrijpen achter dit vouwproces. John van Noort en zijn groep lossen nu een deel van de puzzel op door te simuleren hoe gemakkelijk opgerolde stukjes DNA—nucleosomen—op elkaar stapelen. Gestapelde nucleosomen zijn nóg minder leesbaar.

Energie

De onderzoekers hebben gekeken hoeveel energie het kost om het DNA tussen twee nucleosomen te buigen. Omdat de natuur altijd kiest voor de structuur met de laagste energie, bepaalt dit hoe ons DNA zich opvouwt. Je wint energie door nucleosomen op elkaar te stapelen, maar als het meer energie kost om het DNA ertussen te buigen, gebeurt het niet. Van Noort voerde zogenoemde Monte Carlo simulaties uit voor drie scenario’s waarin hij naburige nucleosomen ofwel op elkaar stapelde, ofwel twee stapels van even en oneven nucleosomen maakte, ofwel hun interactie volledig uitschakelde. Hij probeerde honderdduizenden structuren uit en keek steeds of de vorm energetisch voordeliger was.

Concrete getallen

‘Wij hebben precies gekwantificeerd hoe gemakkelijk nucleosomen op elkaar stapelen,’ zegt Van Noort. ‘We zien dat het buigen van het DNA tussen nucleosomen minder energie kost dan eerder werd aangenomen, dus zullen er andere structuren vormen dan we voorheen dachten.’ Met de resultaten kunnen wetenschappers hun ideeën over vouwing van nucleosomen voorzien van concrete getallen. Daarmee begrijpen ze beter hoe een cel de activiteit van haar genen reguleert door het DNA op te vouwen. Van Noort: ‘Als we uiteindelijk heel gedetailleerd snappen hoe ze dat doen, kunnen we het ook in het echt herkennen wanneer iets fout gaat. Omdat de vouwing van DNA zo’n basaal proces is, zijn er veel medische aandoeningen waar dit een rol speelt.’

Publicatie

Babette E. de Jong, Thomas B. Brouwer, Artur Kaczmarczyk, Bert Visscher, John van Noort, ‘Rigid Basepair Monte Carlo Simulations of One-Start and Two-Start Chromatin Fiber Unfolding by Force’, Biophysical Journal

Filmpje: Bij verschillende kracht op het DNA tussen de nucleosomen ontstaat een andere configuratie van opgestapelde nucleosomen.

Deze website maakt gebruik van cookies. Meer informatie