Met de inmiddels befaamde optische pincet uit de groep van Nynke Dekker is onlangs aangetoond dat bepaalde sequenties op het genoom de beweeglijke start-eiwitten van DNA-replicatie tot stilstand brengen, wat cruciaal is voor de start van DNA-verdubbeling en celdeling. 

DNA-replicatie is een van de eerste stappen in het complexe proces van celdeling. Het genetisch materiaal wordt daarbij verdubbeld, uit elkaar getrokken en elke kopie belandt netjes in zijn eigen cel tijdens de celdeling. Het is in grote lijnen duidelijk hoe dit proces verloopt en we kennen tientallen eiwitten die hierbij betrokken zijn, maar veel details zijn nog onbekend.

De groep van Nynke Dekker aan de TU Delft heeft nu in samenwerking met onderzoekers van het Francis Crick Institute in Londen in Nature Communications laten zien dat het eiwit waar de DNA-replicatie mee start, ORC genaamd, zich snel over het chromosoom beweegt en stopt bij DNA-sequenties waarvan bekend was dat ORC daar grote affiniteit mee heeft. Het feit dat ORC stopt bij deze specifieke sequenties, zorgt ervoor dat onder meer de eiwitten Cdt1 en Cdc6 worden gerekruteerd, waarna zogenoemde MCM-helicases in de S-fase van de celdeling (de fase waarin de daadwerkelijke DNA-verdubbeling plaatsvindt) het DNA toegankelijk maken voor de replicatiemachinerie.

De groep van Dekker maakte gebruik van hun ‘optische pincet’, dat al eerder tot baanbrekende publicaties leidde. De combinatie van deze single-molecule optical trapping en confocal microscopy leverde plaatjes op zoals hierboven. Het ORC-eiwit is groen gelabeld en zit aan het DNA (niet gelabeld). De stippellijnen tonen de baan van de eiwitten (blauw staat voor de begintijd, rood voor de latere tijd). In het bovenste vlak is het ORC-eiwit gedurende de gehele observatieperiode statisch en gebonden aan de oorsprong van de replicatie. In het onderste vlak diffundeert het ORC-eiwit willekeurig op het DNA tot het de oorsprong lokaliseert.

De onderzoekers ontdekten tevens dat de MCM-helicases zich niet alleen in hun klassieke dubbele hexameervorm stabiel met het DNA kunnen verbinden, maar ook in de tot nu toe onbekende enkele hexameervorm, losgekoppeld van ORC. Mogelijk spelen MCM-helicases en hun verschijningsvorm een grotere rol in de start van DNA-replicatie dan tot nu toe aangenomen, speculeren de onderzoekers.

Sánchez, H. et al. (2021) Nat. Comm. 12(1908)