Al decenia, wetenschappers konden alleen speculeren over de vorm van heterochromatine, een type chromatine dat bestaat uit dicht opeengepakt DNA en eiwitten. Onlangs, echter, onderzoekers van het Okinawa Institute of Science and Technology, Graduate University (OIST) en Waseda University hebben haar structuur kunnen definiëren dankzij nieuwe, contrastrijke beeldvorming in cryo-elektronenmicroscopie. Hun werk verschijnt in januari in het tijdschrift Moleculaire cel .

Het nieuwe onderzoek toont aan dat, hoewel stevig verpakt, heterochromatine is misschien minder dicht dan eerder werd gedacht. Het heterochromatine bestaat uit nucleosomen - rolvormige bundels van DNA en eiwit - en is verbonden door een velcro-achtige functie die "Heterochromatin Protein 1 (HP1)" wordt genoemd. Dit fundamentele kenmerk stelt het lichaam in staat genen te "vergrendelen", zodat ze niet kunnen worden getranscribeerd.

"Het leven zoals we het kennen is gebaseerd op deze principes, " zei Matthias Wolf, een van de toonaangevende auteurs van het artikel en hoofd van de Molecular Cryo-Electron Microscopy Unit van het Okinawa Institute of Science and Technology, Graduate University (OIST).

"Dit werk is een voorbeeld van een zeer vruchtbare samenwerking, wat door geen van de onderzoeksgroepen alleen mogelijk zou zijn geweest, " zei Hitoshi Kurumizaka, de hoofdauteur van de studie aan de Waseda University. Daar, samen met Shinichi Machida, een assistent-professor bij Waseda en co-eerste auteur op het papier, onderzoekers hebben heterochromatine met succes in vitro gezuiverd. Onderzoekers van OIST beeldden deze monsters af in glasachtig amorf ijs, die honderden stukjes heterochromatine bevat, onder een cryo-elektronenmicroscoop.

Met behulp van een computeralgoritme om individuele deeltjes te classificeren op type, de wetenschappers sneden die deeltjes uit die in dezelfde richting wijzen. Vervolgens, ze stapelden deze digitale uitsnijdingen op elkaar, het combineren van honderden afbeeldingen om een ​​duidelijker beeld te creëren. Wolf demonstreerde het concept door zijn handen op elkaar te leggen.

"Als alles perfect past, zijn de duimen en alle vingers op één lijn, " hij zei, "en je krijgt een hogere resolutie."

Op basis van deze beelden, Wolf en zijn collega's maakten driedimensionale reconstructies van het heterochromatine. Door de flexibiliteit van de structuur, het was moeilijk om een ​​precies idee te krijgen van de vorm, zei Yoshimasa Takizawa, groepsleider van de unit en co-eerste auteur op het papier. Takizawa verzamelde honderdduizenden afbeeldingen van individuele deeltjes om een ​​betere resolutie te verkrijgen.

"We waren verbaasd over hoe het eruit zag, " zei hij over de vorm van het heterochromatine, "maar dit zou consistent kunnen zijn met andere functies, zoals de binding van andere eiwitten aan blootgesteld DNA."

In de toekomst, de onderzoekers hopen hun kennis te gebruiken om hogere orde structuren te begrijpen, als hele reeksen nucleosomen.