Een team van natuurkundigen van de Universiteit van Michigan en de Universiteit van Californië, San Diego heeft een model ontwikkeld dat beschrijft hoe chromosomen zich vouwen tot een compacte structuur in de kern van een cel. Het model laat zien hoe lussen van DNA zich vormen en met elkaar interacteren om de driedimensionale organisatie van het genoom te creëren.

Chromosomen zijn lange, dunne DNA-strengen die de genetische informatie van een organisme bevatten. Om in de kern van een cel te passen, moeten chromosomen tot een compacte structuur worden gevouwen. De manier waarop chromosomen worden gevouwen is belangrijk voor het reguleren van genexpressie en andere cellulaire processen.

Eerdere studies hebben aangetoond dat chromosomen zijn georganiseerd in een reeks lussen, die bij elkaar worden gehouden door eiwitten die cohesinen worden genoemd. Het nieuwe model dat door de natuurkundigen is ontwikkeld, geeft een gedetailleerd inzicht in hoe deze lussen zich vormen en met elkaar interacteren.

Het model laat zien dat de vorming van lussen wordt aangedreven door de thermodynamische eigenschappen van DNA. DNA is een flexibel polymeer dat verschillende conformaties kan aannemen. De meest stabiele conformatie is degene die de vrije energie van het systeem minimaliseert.

In het geval van DNA is de conformatie met de laagste energie een lus. Dit komt omdat de vorming van een lus ervoor zorgt dat het DNA met zichzelf kan interageren en waterstofbruggen kan vormen, die de structuur stabiliseren.

Het model laat ook zien dat de interacties tussen lussen belangrijk zijn voor het bepalen van de algehele organisatie van het genoom. De lussen kunnen op verschillende manieren met elkaar interacteren, bijvoorbeeld door bruggen te vormen of door op elkaar te stapelen. Deze interacties creëren een complex netwerk van contacten die de driedimensionale structuur van het genoom bepalen.

Het nieuwe model biedt een waardevol hulpmiddel om te begrijpen hoe chromosomen zijn gevouwen en hoe deze vouwing de genexpressie beïnvloedt. Deze informatie zou kunnen leiden tot nieuwe inzichten in verschillende ziekten, zoals kanker, die worden veroorzaakt door verstoringen in de organisatie van het genoom.

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Physics.