Wetenschappers van de Universiteit van Californië, Berkeley, hebben een grote doorbraak bereikt in ons begrip van hoe DNA in de cel is georganiseerd. Uit hun onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, blijkt dat DNA niet simpelweg een lang, continu molecuul is, maar eerder georganiseerd is in een reeks lussen die verankerd zijn aan het kernmembraan.

Dit nieuwe begrip van de DNA-organisatie heeft belangrijke implicaties voor ons begrip van hoe genen worden gereguleerd. Genen zijn specifieke delen van het DNA die coderen voor eiwitten, en de manier waarop DNA in een lus en verankering zit, bepaalt welke genen toegankelijk zijn voor de cellulaire machinerie die ze leest en transcribeert.

"Dit is een belangrijke paradigmaverschuiving in ons begrip van hoe DNA is georganiseerd", zegt hoofdauteur van het onderzoek, Erez Lieberman Aiden. "Vroeger beschouwden we DNA als een lang, lineair molecuul, maar nu weten we dat het eigenlijk een zeer georganiseerde structuur is die essentieel is voor genregulatie."

De onderzoekers gebruikten een techniek genaamd Hi-C om de interacties tussen verschillende DNA-gebieden in kaart te brengen. Hi-C omvat het opbreken van het DNA in kleine fragmenten, het sequencen van de fragmenten en het analyseren van hoe ze met elkaar verbonden zijn.

Uit de Hi-C-gegevens bleek dat DNA is georganiseerd in een reeks lussen die zijn verankerd aan het kernmembraan. De lussen variëren in grootte van enkele duizenden basenparen tot enkele miljoenen basenparen, en zijn georganiseerd in een hiërarchische structuur.

De grootste lussen worden topologische domeinen genoemd, en ze bevatten meerdere kleinere lussen die subdomeinen worden genoemd. De subdomeinen zijn verder onderverdeeld in nog kleinere lussen die contactdomeinen worden genoemd.

De onderzoekers ontdekten dat de organisatie van DNA in lussen essentieel is voor genregulatie. De lussen brengen regulerende elementen, zoals promoters en versterkers, samen met de genen die ze controleren. Hierdoor kan de cel bepalen welke genen tot expressie komen en wanneer.

Het nieuwe begrip van de DNA-organisatie zou kunnen leiden tot nieuwe inzichten in een verscheidenheid aan ziekten, waaronder kanker en ontwikkelingsstoornissen. Door te begrijpen hoe DNA is georganiseerd, kunnen wetenschappers mogelijk nieuwe therapieën ontwikkelen die zich richten op specifieke genen of regulerende elementen.

"Dit onderzoek opent een heel nieuw onderzoeksgebied in de genetica", zegt Aiden. "We beginnen nu te begrijpen hoe de fysieke organisatie van DNA de genexpressie en cellulaire functie beïnvloedt."