Eiwit laat DNA bij reparatie enkele seconden in de steek
Reparatie beschadigd DNA kost uren
Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam (UvA) hebben ontdekt welke processen zich afspelen bij de reparatie van beschadigd DNA. Uit metingen blijkt dat een aantal reparatie-eiwitten gedurende enkele uren op de plaats van een DNA-beschadiging ophopen. Deze tijd hebben ze nodig om al het beschadigd DNA te repareren. Ook bleek dat elk eiwit onafhankelijk van elkaar elke tien tot zestig seconden loskomt van het DNA om even later opnieuw gebonden te worden. Hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het Journal of Cell Biology.
Ons DNA is betrokken bij aan groot aantal cruciale processen in de cel. Bij elk van deze processen zijn verschillende groepen eiwitten betrokken. Als die eiwitten niets te doen hebben, bewegen ze zich los van elkaar door de celkern waar het DNA is opgeslagen. Zodra er op het DNA iets moet gebeuren bepaalt een herkenningseiwit de juiste positie op het DNA. Daarna komen op die plaats enkele tientallen andere eiwitten samen die nodig zijn voor het repareren van het beschadigde DNA. De onderzoekers bekeken hoe het mogelijk is dat zo veel eiwitten op efficiënte wijze kunnen samenwerken om een specifieke taak aan het DNA uit te oefenen. Dit terwijl die eiwitten geen enkele affiniteit voor elkaar hebben als ze niet aan het DNA zijn gebonden.
De UvA-onderzoekers onder leiding van prof. dr. Roel van Driel, concentreerden zich op de reparatie van zoogdier-DNA dat door UV-licht is beschadigd. Uit de metingen bleek dat de eiwitten gedurende enkele uren op de plaats van de DNA-beschadiging ophopen. De eiwitten hebben deze tijd nodig om alle beschadigde DNA te repareren. Paradoxaal bleek ook dat elk van de eiwitten onafhankelijk van elkaar elke tien tot zestig seconden loskomt van het DNA om even later opnieuw gebonden te worden. Dit is te vergelijken met een vergadering waar personen samen een taak moeten uitvoeren in de vergaderzaal, maar tegelijkertijd voortdurend onafhankelijk van elkaar de zaal in- en uitlopen. De metingen aan levende cellen zijn uitgevoerd door Martijn Luijsterburg in samenwerking met het Centre for Advanced Microscopy van de UvA.
Systeem verklaard met wiskundig model
Omdat dit complexe proces alleen maar te begrijpen is uit het complexe samenspel in tijd en ruimte van alle betrokken componenten (DNA en eiwitten) is samen met de groep van Thomas Höfer en Gesa von Bornstaedt van de Universiteit van Heidelberg een wiskundig model ontwikkeld dat alle meetresultaten integreert. Dat model laat zien hoe het systeem werkt. Een conclusie is dat de eiwitten die samenkomen dat doen in een willekeurige volgorde in plaats van in een vaste sequentie zoals algemeen werd aangenomen. De onderzoekers ontdekten eveneens dat het eiwit dat beschadigd DNA herkent er onverwacht lang over doet om aan beschadigd DNA te binden: gemiddeld duurt het ongeveer 30 minuten voor het bindt. Bovendien bindt het verrassend losjes. De langzame en losse binding lijkt een compromis te zijn tussen enerzijds snelle, maar niet accurate, reparatie en anderzijds langzame, maar heel nauwkeurige, reparatie. Kort gezegd laat dit biologisch systeem zien dat nauwkeurig werken tijd kost.
Publicatiegegevens
Luijsterburg, M., G. Von Bornstaedt, A. Gourdin, A. Politi, M. Moné, D. Warmerdam, J. Goedhart, W. Vermeulen, R. Van Driel en T. Höfer: Stochastic and Reversible Assembly of a Multiprotein DNA Repair Complex Ensures Accurate Target Site Recognition and Efficient Repair. J Cell Biol. (2010: 189, pag. 445-63).
Universiteit van Amsterdam