DNA-dresserend eiwitcomplex blijkt handig met lasso.

‘Eens in de zoveel keer denk ik: dit is echt belangrijk, dit zouden mensen moeten weten’, zegt de Delftse bionanowetenschapper Cees Dekker. Alleen al in februari verschenen zes publicaties van hem en zijn groep, maar alleen die in Science over condensine-eiwitcomplexen bracht hij onder de aandacht van de universitaire wetenschapscommunicatoren. En wel ruim van tevoren, zodat er tijd was om naast een persbericht ook een professionele YouTube-animatie te maken, die zo’n beetje alle denkbare mediakanalen haalde.

Dekker geniet ervan, maar benadrukt dat hij het oordeel van vakgenoten toch nog altijd belangrijker vindt. En om de aandacht van die groep te trekken, denkt hij niet dat publieksmedia veel verschil maken. ‘Die collega’s lezen Science automatisch al.’

Motoreiwit

Samen met nog een paar eiwitten ordent condensine de DNA-kluwen in een celkern, zodat je losse, netjes opgevouwen chromosomen krijgt waarmee je een celdeling in kunt gaan. Eerder zagen onderzoekers er een simpel knijpertje in dat stukken verbindt die toch al naast elkaar lagen. Maar volgens Dekker en zijn collega Christian Haering, van het European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg, is condensine in werkelijkheid een motoreiwit dat actief eenvormige lussen in het DNA trekt, waarbij het adenosinetrifosfaat (ATP) hydrolyseert om aan energie te komen.

Aan de eiwitstructuur, die ringvormig is, zie je dat niet direct af. Maar in september 2017 lieten Dekker en Haering al in Science zien dat één uiteinde inderdaad met een behoorlijk hoge snelheid langs een DNA-streng kan lopen. En nu presenteerden ze filmbeelden waarop je de lussen in het DNA live ziet ontstaan, als een soort lasso’s.

Dekker, tevens directeur van het Kavli Institute of Nano­science, vertelt dat hij al een kleine twintig jaar onderzoek doet naar DNA-eiwitinteracties. De bijzondere interesse in condensine ontstond zeven jaar geleden dankzij een samenwerking met het EMBL, waar Haering er al langer aan werkte.

De topsnelheid is 1.500 basenparen per seconde

Voor de huidige publicatie hebben ze een DNA-fragment van 48.000 basenparen uit een gistcel vastgelegd op een oppervlak, met de uiteindes vlak naast elkaar om een grote, vrij wapperende lus te krijgen. Met de kleurstof Sytox Orange maakten ze die zichtbaar onder de microscoop, en vervolgens stuurden ze er condensine op af. Toen zagen ze kleine lusjes ontstaan in het DNA, die gaandeweg groter werden.

Met een optische microscoop kun je niet zien wat er op moleculaire schaal gebeurt. Maar de lussen zijn alleen te verklaren als je aanneemt dat condensine met één uiteinde op de streng gaat zitten en met het andere uiteinde dezelfde streng even verderop stevig vastgrijpt. Vervolgens gaat het met dat eerste uiteinde aan de wandel, zodat het de streng onder zich doorschuift en de lus vergroot. De topsnelheid kan oplopen tot 1.500 basenparen per seconde, mits het DNA niet of nauwelijks onder mechanische spanning staat. Naarmate het resterende deel van de streng buiten de lasso strakker komt te staan, daalt het tempo.

Sprongetjes

De experimenten bevestigen tevens dat de benodigde energie rechtstreeks uit ATP-hydrolyse komt. En ook dat het ATP-verbruik zo laag is dat het het condensine zich mogelijk voortbeweegt in sprongetjes, waarbij het zich maar nu en dan aan de streng bindt. Met de vraag hoe dat werkt, is Dekker nu bezig.