Stichting FOM
24 augustus 2011, 2011/35
Zien hoe DNA de twist danst
Onderzoekers van de TU Delft en de Stichting FOM hebben een nieuw soort
magnetische pincet ontwikkeld om veranderingen in de draaiing (twist)
van DNA op enkel-molecuul niveau te meten. Hiermee kunnen DNA-eiwit
interacties, die een rol spelen bij bijvoorbeeld het kopiëren of het
repareren van DNA, veel nauwkeuriger bekeken worden dan voorheen. Het
onderzoek, medegefinancierd middels een Natuurkunde Veni-subsidie aan
Jan Lipfert, verscheen gisteren op de website van Nature
Communications.
Figuur 1. Eiwitpolymerisatie op DNA
vergroten Figuur 1. Eiwitpolymerisatie op DNA
Artistieke impressie van eiwitpolymerisatie op DNA, bekeken in de
magnetische pincet met vrije omwenteling. De pincet maakt gebruik van
een cilindrische magneet (zichtbaar op de achtergrond). Magnetische
bolletjes (lichtblauw) kunnen vervolgens draaien om de as van het DNA
(donkerblauw en paars). Wanneer RecA-eiwitten (doorzichtig geel) aan
het DNA binden, zal het DNA-molecuul zich ontwinden en het magnetische
bolletje vervolgens meedraaien in een circulaire beweging. De positie
van het bolletje rapporteert zo in real time over het proces van eiwit
polymerisatie.
Credit: TU Delft/Tremani
Figuur 2. Tijdsopname van het magnetische bolletje
vergroten Figuur 2. Tijdsopname van het magnetische bolletje
De figuur geeft de centrumpositie van het magnetische bolletje weer
tijdens RecA-polymerisatie op het DNA-molecuul (tijd loopt van paars
naar rood). De helische beweging is een gevolg van het feit dat
RecA-polymerisatie zowel ontwinding als uitrekking van het DNA
teweegbrengt.
DNA, het molecuul waarin de genetische informatie van cellulair leven
ligt opgeslagen, heeft een dubbele helixstructuur: twee lange strengen,
die met basen steeds per paar in elkaar grijpen, draaien om elkaar heen
als in een gedraaid lint. Wanneer er eiwitten aan het DNA moeten binden
(bijvoorbeeld om het DNA af te lezen), wordt de helix deels ontwonden.
Met de nieuwe 'magnetische pincet met vrije omwenteling'
(freely-orbiting magnetic tweezers) kunnen de onderzoekers deze
fluctuaties in de draaiingsdichtheid van de dubbele helix op het niveau
van individuele DNA-moleculen waarnemen.
In deze pincet wordt een stuk DNA tussen een glasplaatje en een heel
klein magnetisch bolletje (enkele micrometers) bevestigd. In
tegenstelling tot conventionele magnetische pincetten, is de oriëntatie
van de bolletjes in het vlak loodrecht op het DNA vrij. Hierdoor kunnen
ze om de as van het DNA draaien en nauwkeurig alle veranderingen in de
draaiing van het DNA-molecuul uitlezen. Een bijzonder sterk punt van
het nieuwe instrument is ook de eenvoud: elke conventionele magnetische
pincet kan omgezet worden naar een magnetische pincet met vrije
omwenteling door een aanpassing in de magneetvelden, zonder overige
aanpassingen in hardware of software.
De onderzoekers hebben het instrument gebruikt om de draaistijfheid van
DNA als functie van kracht te meten. Daarnaast hebben ze in real time
de polymerisatie (ketenvorming) van RecA - een belangrijk eiwit in de
reparatie van DNA - onderzocht. In de toekomst zal de nieuwe pincet
benut worden om de wisselwerkingen tussen DNA en onder andere
moleculaire motoren of medicijnen beter in kaart te brengen.
Contact
· Dr. Jan Lipfert (Department of Bionanoscience, Kavli Institute of
Nanoscience, Technische Universiteit Delft), (015) 278 35 52.
· Prof.dr. Nynke Dekker (Department of Bionanoscience, Kavli Institute
of Nanoscience, Technische Universiteit Delft), (015) 278 32 19.
Referentie
Jan Lipfert*, Matthew Wiggin*, Jacob W.J. Kerssemakers, Francesco
Pedaci, and Nynke Dekker (* = equal contribution)
Freely-Orbiting Magnetic Tweezers to Directly Monitor Changes in the
Twist of Nucleic Acids
Nature Communications (2011)