Wetenschapsforum

Wetenschappers hebben een sleutelonderdeel van het mechanisme voor DNA-herstel ontdekt. Als er een breuk in de dubbele helix van het DNA optreedt, gaat het losse uiteinde op zoek naar eenzelfde DNA sequentie en gebruikt deze als sjabloon voor de reparatie. Met behulp van een slimme nieuwe techniek om twee moleculen te manipuleren heeft de onderzoeksgroep ontdekt hoe het mogelijk is dat het DNA-molecule dit zoek- en herkenningsproces zo effectief kan uitvoeren.


Een schijnbaar onoverkomelijk probleem

Soms treedt er een breuk op in de dubbele helix van het DNA: beide strengen worden dan per ongeluk doorgesneden. Dit levert een groot probleem om omdat cellen dergelijk beschadigd DNA niet kunnen verdragen. Dergelijke instabiliteiten van het genoom zijn een bekende oorzaak van kanker.

Het goede nieuws is echter dat er een ingewikkeld reparatiesysteem voor DNA bestaat, dat verrassend feilloos en efficiënt is. Hoe werkt dit? Eerst wordt op de afgebroken DNA-streng door eiwitten een filamentstructuur gevormd. Dan onderzoekt dit filament onlangs gekopieerd DNA of het tweede DNA-chromosoom (we hebben immers twee kopieën van elk chromosoom), op zoek naar een DNA-sequentie die overeenkomt met die van het afgebroken uiteinde. Dit is natuurlijk een bijna onmogelijke klus: doordat ons menselijk genoom drie miljard basenparen bevat, om maar een voorbeeld te noemen, is het zoeken van de paar honderd basenparen die we nodig hebben als het zoeken van een naald in een hooiberg.

‘Toch vindt dit zoekproces in een paar minuten plaats, op zeer efficiënte wijze. Hoe dat kan is al tientallen jaren een mysterie. De nieuwe experimenten die door de onderzoeksgroep zijn gedaan, onthullen een belangrijke stap in het proces, de stap van de moleculaire herkenning’.


Zoekoperatie

‘In bacteriën is het zogenaamde RecA-eiwit verantwoordelijk voor het uitvoeren van de zoekoperatie. In bacteriën van het type E. colizoekt een filament van het RecA-eiwit dat op het DNA is gevormd met opmerkelijke snelheid en betrouwbaarheid een sequentie binnen een tweede DNA-molecule. Daartoe komen afzonderlijke RecA-moleculen eerst samen om een filament op het afgebroken DNA te vormen. Het filament grijpt dan DNA-moleculen in de buurt vast en vergelijkt hun sequentie met die van het afgebroken DNA. Wanneer een passende sequentie wordt gevonden, verbinden beide moleculen zich hecht met elkaar, waarna herstel kan plaatsvinden’, aldus De Vlaminck (sinds kort verbonden aan Stanford University).

‘We ontdekten dat de secundaire bindingsplaats van het filament voor het DNA tijdens het zoeken naar homologie samenwerkt met één streng van het inkomende DNA. Herkenning wordt bereikt na het binden van beide strengen van het inkomende DNA aan elk van de twee DNA-bindende plekken in het filament.’

De gegevens laten zien dat de precisie van het zoekproces wordt bepaald door de afstand tussen de bindingsplaatsen van het DNA. De experimenten verhelderen wat er precies gebeurt bij het vergelijken van de sequenties van de twee moleculen. Het wordt duidelijk waarom een ‘foute’ sequentie tot een snelle scheiding van de moleculen leidt, terwijl een ‘juiste’ sequentie tot een sterke binding leidt, zodat het DNA kan worden hersteld. Dit zijn de twee elementen die zorgen voor de indrukwekkende snelheid en efficiëntie van het DNA-herstelproces.


Wetenschappelijke publicatie:

Iwijn De Vlaminck, et al: Mechanism of Homology Recognition in DNA Recombination from Dual-Molecule Experiments


Bron:

TU Delft