Met behulp van natuurkunde en een minuscuul magneetje hebben onderzoekers een nieuwe structuur van telomeer DNA ontdekt. Telomeren worden soms gezien als de sleutel tot langer leven. Ze beschermen genen tegen schade, maar worden een beetje korter elke keer dat een cel zich deelt. Als ze te kort worden, sterft de cel. De nieuwe ontdekking zal ons helpen veroudering en ziekte te begrijpen.

Natuurkunde is niet de eerste wetenschappelijke discipline die in je opkomt bij het noemen van DNA. Maar John van Noort van het Leids Instituut voor Natuurkunde (LION) is een van de wetenschappers die de nieuwe DNA-structuur heeft gevonden. Als biofysicus gebruikt hij methoden uit de natuurkunde voor biologische experimenten. Dit trok ook de aandacht van biologen van de Nanyan Technological University in Singapore. Ze vroegen hem om te helpen bij het bestuderen van de DNA-structuur van telomeren. Ze hebben de resultaten gepubliceerd in Nature .

Kralensnoer

In elke cel van ons lichaam bevinden zich chromosomen die genen dragen die onze kenmerken bepalen (bijvoorbeeld hoe we eruit zien). Aan de uiteinden van deze chromosomen bevinden zich telomeren, die de chromosomen beschermen tegen beschadiging. Ze lijken een beetje op aglets, de plastic punten aan het uiteinde van een schoenveter.

Het DNA tussen de telomeren is twee meter lang en moet dus opgevouwen worden om in een cel te passen. Dit wordt bereikt door het DNA om pakketjes eiwitten te wikkelen; samen worden het DNA en de eiwitten een nucleosoom genoemd. Deze zijn gerangschikt in iets dat lijkt op een kralensnoer, met een nucleosoom, een stuk vrij (of ongebonden) DNA, een nucleosoom enzovoort.

Deze kralenketting vouwt zich dan nog meer op. Hoe dat gebeurt, hangt af van de lengte van het DNA tussen de nucleosomen, de kralen aan het touwtje. Twee structuren die optreden na het vouwen waren al bekend. In een ervan plakken twee aangrenzende kralen aan elkaar en daartussen hangt vrij DNA (fig. 2A). Als het stukje DNA tussen de kralen korter is, kunnen de aangrenzende kralen niet aan elkaar plakken. Dan vormen zich twee stapels naast elkaar (fig. 2B).

In hun onderzoek vonden Van Noort en collega's een andere telomeerstructuur. Hier liggen de nucleosomen veel dichter bij elkaar, waardoor er geen vrij DNA meer tussen de bolletjes zit. Dit creëert uiteindelijk één grote helix, of spiraal, van DNA (fig. 2C).

De nieuwe structuur werd ontdekt met een combinatie van elektronenmicroscopie en moleculaire krachtspectroscopie. Die laatste techniek komt uit het lab van Van Noort. Hier zit het ene uiteinde van het DNA vast aan een glasplaatje en aan het andere een klein magnetisch bolletje. Een set sterke magneten boven deze bal trekt dan het parelsnoer uit elkaar. Door de hoeveelheid kracht te meten die nodig is om de kralen één voor één uit elkaar te trekken, kom je meer te weten over hoe het touwtje wordt gevouwen. De onderzoekers in Singapore gebruikten vervolgens een elektronenmicroscoop om de structuur beter in beeld te krijgen.

Structuur, zegt Van Noort, is 'de heilige graal van de moleculaire biologie'. Als we de structuur van de moleculen kennen, krijgen we meer inzicht in hoe genen aan- en uitgeschakeld worden en hoe enzymen in cellen omgaan met telomeren:hoe ze bijvoorbeeld DNA repareren en kopiëren. De ontdekking van de nieuwe telomere structuur zal ons begrip van de bouwstenen in het lichaam verbeteren. En dat zal ons uiteindelijk helpen veroudering en ziekten zoals kanker te bestuderen en medicijnen te ontwikkelen om ze te bestrijden. + Verder verkennen

Het buigen van DNA kost minder energie dan aangenomen