Mechanisme dat dubbelstrengs breuken repareert in beeld gebracht

Het mechanisme waardoor dubbelstrengs breuken in DNA gerepareerd worden is gedeeltelijk in kaart gebracht. Het werk van onderzoekers van de Vrije Universiteit Amsterdam, de Stichting FOM en het Erasmus MC Rotterdam is versneld gepubliceerd op de website van Nature.

Voortdurend treden er foutjes op in ons DNA, bijvoorbeeld als gevolg van chemische straling. Dubbelstrengs breuken worden meestal snel hersteld door een proces dat homologe recombinatie heet. De mens heeft van elk chromosoom 2 exemplaren. Wanneer in het ene een foutje verschijnt, wordt het andere (homologe) chromosoom opgezocht en gebruikt als een soort back-up om de fout te herstellen.

Een cruciale stap in homologe recombinatie is het herkennen van de fout. Dit gebeurt door meerdere exemplaren van het eiwit Rad51, die zich als een soort verband om het DNA wikkelen. Hierna moet het homologe chromosoom opgezocht worden en moeten de Rad51 eiwitten loslaten. Tussen de monomeren Rad51 zit ATP, hydrolyse hiervan is essentieel voor het uiteenvallen van de Rad51-keten. Hoe dit precies gebeurt, hebben de onderzoekers in beeld weten te brengen.

De wetenschappers gebruikten een combinatie van 3 technieken. In de Rad51-eiwitten zat een fluorescerend cysteïnemolecuul ingebouwd, waardoor ze goed gevolgd konden worden met fluorescentiemicroscopie. Door de DNA-uiteinden aan heel kleine kralen te koppelen, en gebruik te maken van een optisch pincet (een laserbundel die kracht op de kleine kralen uitoefent) konden ze het DNA met gebonden Rad51 straktrekken. Vervolgens keken ze naar de invloed hiervan op de Rad51-keten.

Daarnaast hadden de onderzoekers controle over het uiteenvallen van de Rad51-keten. Ze gebruikten hiervoor een multichannel flow cell, dit is een apparaatje met kleine kanalen dat onder de microscoop geplaatst wordt; door elk kanaal loopt een andere vloeistof. Door het DNA-eiwit complex naar een kanaal te verplaatsen met een buffer met Mg²⁺-ionen, werd de ATP-hydrolyse in gang gezet en viel de Rad51-keten uiteen.

De belangrijkste vinding is dat de Rad51-keten alleen vanaf de uiteinden, eiwit-voor-eiwit, uiteenvalt. Zolang de uiterste Rad51-moleculen ATP gebonden hebben, blijft de keten stabiel. Trekken aan het DNA zorgt ervoor dat het afbrokkelen van de keten stopt.

Bron: Stichting FOM, VU Amsterdam, Erasmus MC