Beschadigingen in het DNA treden continue op. Soms gaat het hierbij om toevalsgebeurtenissen (mutaties) waarbij slechts één plek in het DNA beschadigd raakt. Maar onder invloed van bijvoorbeeld ultraviolet licht, röntgenstraling of tijdens celdeling kan er een breuk ontstaan in het complete DNA-molecuul. Gelukkig heeft elke cel DNA-reparatiemechanismen om de schade te herstellen. Zo is ‘homologe recombinatie’ een proces dat betrokken is bij het repareren van DNA-breuken.
Door het proces van homologe recombinatie tussen streng M en streng F ontstaat genetische variatie (zichtbaar in C1 en C2). Maar het proces is ook heel belangrijk voor het repareren van breuken in het DNA.
Een vernuftige proefopstelling
‘Homologe recombinatie’ is het proces waarin stukjes DNA genetische informatie met elkaar uitwisselen. Dit is niet alleen heel belangrijk bij het repareren van breuken, maar ook voor de evolutie van soorten. ‘Homologe recombinatie’ brengt namelijk genetische variatie aan, wat zo gewenst is voor het overleven van een soort. Om het proces op gang te brengen zijn DNA-reparatie-eiwitten (recombinase) nodig.
De proefopstelling van de onderzoekers uit Delft zat vernuftig in elkaar. Zij spanden één enkel DNA-molecuul op tussen een magnetisch bolletje en een glasoppervlak. Door kracht op het magnetische bolletje uit te oefenen, konden de onderzoekers het DNA rekken en draaien. Als een breuk was aangebracht, introduceerden zij het bacteriële recombinase-eiwit Rec-A. Tijdens de reparatie van het DNA veranderde de positie van het magnetische bolletje zodanig dat het reparatieproces in detail was waar te nemen.
De werking van Rec-A. Dit recombinase-eiwit bindt enkelstrengs DNA. Vervolgens gaat het op zoek naar het overeenkomstige dubbelstrengs DNA en bindt daaraan. Het gedeelte van het dubbelstrengs DNA dat beschadigd is, kan nu vervangen worden door nieuw DNA.
Drie opvallende waarnemingen
Tijdens het reparatieproces werden er drie opvallende waarnemingen gedaan. Wanneer het Rec-A eiwit aan het beschadigde DNA bindt, ontstaat een structuur met drie DNA-strengen. Het stukje van de strengen waarop de daadwerkelijke uitwisseling van genetisch materiaal plaats vindt, is slechts 80 basenparen (G-C en A-T) groot. Ter vergelijking: een menselijk telomeer (het stukje DNA dat te vinden is aan het eind van elk chromosoom en dient als stabilisatie) is al ongeveer 10.000 basenparen lang.
Gedurende het reparatieproces krult het beschadigde stuk DNA, dat door een nieuwe streng vervangen wordt, zich om de verse dubbele helix heen. Uiteindelijk zal het beschadigde DNA loslaten en afgebroken worden. De uitkomsten van het onderzoek komen aardig overeen met aannamen die andere onderzoekers eerder deden over het DNA-reparatieproces en de rol van het Rec-A eiwit hierin.
Tijdens DNA-reparatie vielen drie dingen op: 1. De structuur in reparatie bestaat uit drie DNA-strengen. 2. Het stuk DNA waar uitwisseling van genetisch materiaal plaatsvindt, is slechts 80 basenparen groot. 3. Gedurende het reparatieproces krult het beschadigde DNA zich rond de nieuw gevormde dubbelhelix.
Een beter begrip van DNA-reparatie kan van belang zijn in het kanker onderzoek. Het is bekend dat fouten in DNA-reparatiemechanismen kunnen resulteren in de vorming van kankercellen. Als we weten hoe DNA-reparatie precies in zijn werk gaat, zijn fouten in dit proces mogelijk eerder op te sporen en/of te voorkomen.