Nature-publicatie over lussen, vlaggen en spanning in DNA
Twee eiwitcomplexen zorgen samen voor de ruimtelijke organisatie van chromosomen in onze celkernen. DNA-spanning speelt daarbij een verrassende rol. Nanowetenschapper Cees Dekker en zijn promovendus Roman Barth van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft publiceren op 19 april met Oostenrijkse collega’s in Nature hoe zij dit gedetailleerd in beeld brachten.
#1 Cohesin maakt plumeaus van DNA
Al meer dan een eeuw is bekend dat de lange DNA-strengen in celkernen netjes worden opgerold tot een soort plumeaus met de karakteristieke vorm van chromosomen, als voorbereiding op de celdeling. En ook tussen delingen door zijn chromosomen georganiseerd in lussen die van belang zijn voor het uitlezen van de genetische informatie. In 2018 maakte Dekker met zijn groep voor het eerst zichtbaar hoe zogenaamde SMC-eiwitcomplexen zoals condensin en cohesin lussen trekken in DNA.
#2 CTCF-vlaggen bepalen waar een lus begint en eindigt…
Het DNA-bindende eiwit CTCF bleek een sleutelrol te spelen bij het vormen van lussen. Dekker: ‘Als je het DNA ziet als een touw, waarin op twee punten een CTCF-vlaggetje zit vastgeprikt, dan maakt cohesin de lussen van vlag tot vlag. Maar ook weer niet altijd, want we dachten dat CTCF ook vaak zou falen. Nu hebben we het gemeten. De interactie tussen die twee blijkt veel subtieler dan voorspeld.’
Dat CTCF en cohesin samenwerken om lus grenzen vast te stellen is inmiddels basiskennis in het vakgebied, vertelt promovendus Roman Barth: ‘In elke presentatie van een conferentie die ik de afgelopen jaar bezocht was het uitgangspunt dat het cohesin-eiwit lussen maakt in DNA-strengen. Maar niemand had ooit in detail gezien hoe dat gebeurt. Nu hebben wij de essentie hiervan in beeld gebracht.’
#3: …En DNA-spanning speelt daarbij een verrassende rol
Collega’s in de groep van Jan-Michael Peters van het Institute of Molecular Pathology in Wenen wisten de eiwitten in pure vorm beschikbaar te maken. De twee uiteinden van een DNA-molecuul werden aan een oppervlak vastgemaakt; het DNA en de eiwitten kregen een fluorescerend kleurtje. Daarna deden de onderzoekers een bijzondere vondst, zegt Dekker. ‘In de data ontdekte Roman dat het verschil maakte als het DNA-draadje heel losjes of juist op spanning stond. Zonder spanning negeerde cohesin de CTCF-vlag heel vaak, maar als het DNA meer op spanning stond, werkte het CTCF als een perfecte stopper. CTCF wordt onder invloed van DNA-spanning dus een soort slim stoplicht, dat het cohesin wel of niet doorlaat, al naar gelang de lokale verkeerssituatie.’
Als cohesin op een CTCF-eiwit botst, kan het stoppen of doorgaan. Verder kan het ook omdraaien, zagen de onderzoekers, of zelfs helemaal ontbinden. Hoe en waarom dat gebeurt, zijn volgende vragen die Dekker hoopt te beantwoorden.
Meer informatie over de publicatie:
CTCF is a DNA-tension-dependent barrier to cohesin-mediated loop extrusion
Iain F. Davidson, Roman Barth, Maciej Zaczek, Jaco van der Torre, Wen Tang, Kota Nagasaka, Richard Janissen, Jacob Kerssemakers, Gordana Wutz, Cees Dekker & Jan-Michael Peters
Nature 19 april 2023
Contactinformatie
Prof. dr. Cees Dekker, universiteitshoogleraar Moleculaire biofysica en hoofd van het Cees Dekker Lab.
Email c.dekker@tudelft.nl
Tel +31 15 278 6094
Health & Care TU Delft
De gezondheidszorg staat onder druk. Medische professionals willen hun patiënten de beste en de juiste zorg bieden, maar hebben te maken met o.a. personeelstekort, stijgende zorgkosten en een fors duurzaamheidsprobleem. TU Delft werkt, in samenwerking met medische professionals, aan de houdbaarheid van de zorg op de lange termijn. Met onderzoek en innovatie wil de TU Delft de zorg voor patiënten en het werk van zorgprofessionals verbeteren en het complexe en vaak inefficiënte zorgsysteem toekomst –en crisisbestendig maken.
Met ruim 30% health gerelateerd onderzoek, een topklinisch ziekenhuis naast de deur en twee grote academische ziekenhuizen in de regio maakt TU Delft wereldwijde impact.
Of het nu gaat om de ontwikkeling van medische instrumenten, monitoring, zorg op afstand, imaging & sensoring, snelle diagnostisering of klinisch onderzoek. Delftse ingenieurs zijn de ideale partner; vanaf het begin werken ze als team samen, betrekken ze patiënten bij hun onderzoek en testen zoveel mogelijk in de zorgpraktijk. Hierdoor zijn nieuwe technologieën beter toepasbaar in praktijk en vinden sneller hun weg naar de OK, de consultatiekamer en het bed van de patiënt.
TU Delft. Impact for a better society.