Leidse onderzoekers helderen structuur chromatinevezels op

De chromatinevezels, waarin DNA in een celkern verpakt zit, zitten opgerold in de vorm van flexibele spiralen. Die zijn zó slap dat botsingen met watermoleculen al voldoende zijn om ze een procent of dertig op te rekken, zo schrijven biofysici uit Leiden en Cambridge op de website van Nature Structural & Molecular Biology.

Volgens onderzoeksleider prof. John van Noort is hiermee voor het eerst afdoende verklaard hoe enzymen überhaupt bij het DNA kunnen komen teneinde genen tot expressie te brengen.

Chromatine is een combinatie van DNA, RNA en eiwitten, die zichzelf op een uiterst complexe manier opvouwt in een celkern. Het basiselement is het nucleosoom: een soort kraal van (meestal) 146 basenparen rond een kluitje eiwitten. De nucleosomen zitten aan elkaar met korte stukjes los DNA, en deze kralensnoeren vouwen zich weer op tot chromatinevezels van zo’n 30 nm lang.

De afgelopen 30 jaar heeft de wetenschap geen consensus kunnen bereiken over de structuur van deze vezels. Met een elektronenmicroscoop zie je immers alleen de buitenkant.

De groep van Van Noort heeft hier nu nieuw licht op kunnen werpen dankzij ‘single-molecule force spectroscopy’. Deze nanotechnologische techniek maakt het voor het eerst mogelijk om letterlijk aan de vezels te trekken en hun veerkracht te meten. Dat gebeurt met een ‘magnetisch pincet’. Het ene uiteinde van de vezel zet je vast, aan het andere eind bevestig je een ijzerhoudend bolletje van1 micrometer diameter, groot genoeg om met een optische microscoop te kunnen zien. Vervolgens trek je met een magneet aan het bolletje.

Uit de proeven valt af te leiden dat eerdere aannamen over de chromatinestructuur er stevig naast zaten. Van Noort: “Het traditionele antwoord op de vraag naar de structuur van chromatine is: als het DNA tussen de nucleosomen onbuigzaam en recht is kan chromatine niet anders dan een soort zigzagstructuur vormen van twee stapels. Maar wij weten nu: dat is niet het geval. De naburige nucleosomen zitten op elkaar en vormen één stapel, die zich vervolgens weer in een spiraal vouwt. Maar om dat voor elkaar te krijgen moet het DNA tussen de nucleosomen sterk gebogen zijn.”

Wat er ook uit kwam is dat de nucleosomen zelf veel steviger aan elkaar plakken dan gedacht. Al met al betekent het volgens Van Noort dat de enzymen, die DNA vrij moeten maken voor replicatie, redelijk gemakkelijk bij hun doel kunnen komen maar daarna vrij veel kracht moeten zetten om hun werk te kunnen doen.

“Het klinkt paradoxaal: enerzijds vind je een slappe spiraal, anderzijds sterk plakkende nucleosomen. Maar toch klopt het wel: aan de ene kant moet DNA immers goed beschermd worden, maar aan de andere kant moet het wel kunnen worden uitgelezen. Wij hebben een flexibele structuur gevonden die beide eigenschappen combineert”, aldus Van Noort.

bron: Universiteit Leiden