Bionieuws

Gen & Micro

Dna-lus trekt chromosoom in vorm

Artistieke weergave van een ringvormig condensin-eiwit dat langs het dna beweegt. Illustratie Tremani en Cees Dekker Lab TU Delft

De cel ordent lintvormig dna tot een nette driedimensionale structuur. Moleculaire motortjes spelen daarin een hoofdrol, laat Delfts onderzoek zien in Science van 7 september. Het is een basismechanisme in de biologie: het verdubbelen en scheiden van chromosomen tijdens de celdeling. Toch is het onderliggende moleculaire mechanisme een onderwerp van speculatie en intensief onderzoek. Want hoe de cel elk chromosoom voorafgaand aan de deling planmatig ordent in gestapelde lussen is een biomechanische puzzel.

Lusvorming
Onderzoekers weten al langer dat grote ringvormige eiwitcomplexen een hoofdrol spelen, en vooral zogenaamde condensin-eiwitten. Maar hoe die hun werk precies doen is nog verre van beslist. ‘Een recent model stelt dat het gebeurt door lusvorming, waarbij dna door die ringvormige eiwitten wordt getrokken’, zegt Cees Dekker, natuurkundige aan de Technische Universiteit Delft. ‘Voor zo’n mechanisme heb je een biomechanisch motortje nodig, dat het dna er doorheen transporteert.’ Dekkers promovenda Jorine Eeftens beschrijft in Science experimenten op nanometerschaal. Ze stopte gezuiverde condensin-eiwitten bij stukjes dna en zag dat na toevoeging van ATP het dna werd verplaatst. Het demonstreert dat deze eiwitten in staat zijn chemische energie om te zetten in beweging.

Motorfunctie
De bevindingen sluiten aan bij recente computersimulaties, die illustreren dat lusvorming de drijvende kracht moet zijn achter chromosoomorganisatie. ‘De missing link was de motorfunctie’, zegt Dekker. ‘De eiwitstructuur van condensin wijst op motor-activiteit, maar dat is in dit geval geen overtuigend bewijs.’ Het transporteren van dna tijdens lusvorming gaat met zo’n grote snelheid – zestig basenparen per seconde – dat er bizarre hoeveelheden ATP nodig zouden zijn. Dekker: ‘Andere bekende motoreiwitten die dna transporteren, verbruiken per verplaatste base een molecuul ATP. Sommige onderzoekers waren daarom sceptisch, omdat lusvorming in theorie veel energie vereist. Wij laten nu zien dat het veel minder ATP kost dan gedacht.’ Volgens Dekker zit de verklaring waarschijnlijk in de bijzondere structuur van de condensin-ringen die het dna verplaatsen. Hij vergelijkt ze met twee lange armen die enorme slagen maken van tientallen basen per stap. ‘Als elke slag maar een of twee ATP kost, heb je een motor die heel efficiënt enorme veranderingen in de dna-ordening kan aanbrengen.’

'Deze eiwitten zijn toch een beetje
de centrale spelers in de driedimensionale
organisatie van het erfelijk materiaal'

Het interessante van het lusmechanisme is volgens Dekker dat het bij veel meer processen betrokken is buiten de celdeling. De cel gebruikt het om veraf gelegen genen te groeperen en genexpressie te reguleren. Er zijn ook al mutaties bekend die een rol spelen bij het ontstaan van ziekten. ‘Deze eiwitten zijn toch een beetje de centrale spelers in de driedimensionale organisatie van het erfelijk materiaal. Er is daarom veel wetenschappelijke belangstelling voor.’ Hoewel deze paper enkele belangrijke zaken opheldert, zijn er nog genoeg vraagtekens over, zegt Dekker. ‘Het is een eiwit dat over dna beweegt, maar hoe hij dat doet – met welke vormveranderingen – dat willen we veel preciezer in beeld gaan brengen.

Dit bericht verscheen in Bionieuws 14 van 9 september 2017.