Je genoom is vastgelegd in een langgerekt molecuul: het DNA. Uitgerold komt de lengte van het DNA van een enkele cel in de orde van meters te liggen. Maar hoe bewaart de cel dat in een kern waarvan de diameter een miljoenste van die lengte is? En hoe kan er dan nog steeds informatie worden afgelezen?
We weten dat de streng tijdens de celdeling keurig geordende chromosomen vormt, die ook waarneembaar zijn onder een microscoop. Verder is bekend dat DNA zich rondom zogenoemde histonen kan wikkelen. Dat zijn eiwitten die de speciale taak hebben om de streng compacter te maken. Er zou zo een relatief ‘dikke’ DNA-worst ontstaan die ongeveer 30 nanometer (zo’n drieduizend keer dunner dan een gemiddelde haar) dik is.
“Als we een klein stuk DNA in een reageerbuis stoppen kunnen we die worst ook echt waarnemen,” laat Gijs Wuite weten, hij is hoogleraar Fysica van Levensprocessen aan de Vrije Universiteit in Amsterdam. “Of zoiets in de cel ook altijd gebeurt is maar zeer de vraag.”
Er is van een hoop eiwitten vastgesteld dat ze een interactie aangaan met het DNA. “Die reacties kunnen in het lab onder gecontroleerde omstandigheden worden nagebootst,” zegt Wuite. Voor bijvoorbeeld het kopiëren van het DNA gebruikt de cel tientallen eiwitten die met elkaar een kopieermachine vormen en het DNA aflopen. “Maar als we ons de vraag stellen hoe ze dat precies doen, dan tasten we weer meteen in het duister.”
De onderzoeksgroep van Wuite doet fluorescentie-experimenten met eiwitten die ze aan het DNA laten binden. “We hebben daarvoor iets wat we een ‘optische pincet’ noemen. Tussen de pincetpunten kunnen we DNA spannen en daar eiwitten aan toevoegen. Zo kun je bijvoorbeeld zien hoe lang die eiwitten op het DNA blijven zitten.”
Dat is overigens niet makkelijk, eiwitten met fluorescente labels zenden maar weinig licht uit en ze blijven vaak maar een paar seconden op het DNA zitten. “Het waarnemen van die eiwitten is als een spel van een sportfotograaf die met een zo lang mogelijk sluitertijd toch nog een scherpe foto wil maken,” zegt Wuite.
Trekken aan het DNA
Wie ook aan DNA-strengen trekt is Cees Dekker, hoogleraar Moleculaire Biofysica aan de Technische Universiteit Delft. “Wij spannen het DNA ook op in zo’n optische pincet. Aan een derde pincetpunt hangen we dan een eiwit waarvan we vermoeden dat het een interactie met het DNA aangaat. Door het in de buurt te brengen van de streng kunnen we ook echt voelen of dat klopt. Bovendien kunnen we de krachten meten die er spelen, die overigens erg klein zijn, in de orde van piconewton [red: 10-12 newton].”
Ook Dekker beaamt dat we nog lang niet alles weten: “Aan de ene kant weten we al behoorlijk wat van de processen waarbij één eiwit iets doet op het DNA. Maar hoe een heel gebied in het DNA (met verschillende genen) actief kan worden terwijl anderen dat niet zijn, is nog onduidelijk.”
Wuite vult aan: “Ik denk dat er nog een lange weg voor ons ligt, voordat we alles van het DNA begrijpen. Boven die worst van 30 nanometer zitten nog twee of drie organisatorische stappen waar we nauwelijks iets vanaf weten. Ik denk dat 80 procent van wat er nu over in de boeken geschreven staat fantasie is.”
