Wetenschappers weten dat stukjes DNA op onze chromosomen kunnen breken onder bepaalde vormen van stress, zoals blootstelling aan chemicaliën. Maar deze verklaringen waren verantwoordelijk voor slechts 20% van de pauzes, waardoor er een groot mysterie overblijft. Nu hebben biologen van de Universiteit van Californië, Berkeley, één enkel onderliggend mechanisme gevonden dat de meeste – tot 80% – van de andere breuken verklaart.

De ontdekking zou kunnen leiden tot nieuwe manieren om kanker en ziekten die verband houden met veroudering, die vaak het gevolg zijn van gebroken DNA, te bestrijden.

De verrassende verklaring is dat de overgrote meerderheid van DNA-breuken voortkomt uit een gemeenschappelijke fysieke eigenschap van DNA zelf.

"Er zijn geen chemische beledigingen nodig. Het is gewoon een gevolg van het DNA-molecuul", zegt biofysicus H. Kim, leider van de studie die op 12 maart in het tijdschrift eLife werd gepubliceerd.

In 1972 voorspelde een theoretisch natuurkundige, David Bauer, dat wanneer zich een enkelstrengige DNA-bubbel vormt in de dubbelstrengige helix, deze de structuur kan vervormen, waardoor deze kan knikken. Deze bel ontstaat wanneer het DNA-molecuul, dat lijkt op een gedraaide ladder, alleen sporten heeft, de platte DNA-moleculen die bekend staan ​​als basen, en de zijhekken mist.

Het team van Kim bevestigde de voorspelling van Bauer en leverde het eerste experimentele bewijs dat DNA-bubbels kunnen knikken. Deze enkelstrengige bellen kunnen op natuurlijke wijze ontstaan ​​door thermische fluctuaties die de dubbele helixstructuur verstoren. Het team ontdekte dat naarmate de belgrootte toeneemt, ook de kans groter wordt dat het DNA knikt, wat leidt tot een chromosoombreuk.

"Er vormt zich spontaan een bel, en als de bel groot genoeg is, knikt hij", zei Kim. "Er is geen manier voor een levend organisme om deze natuurlijke belletjes te voorkomen."

Omdat een enkelstrengige bel overal in de DNA-sequentie kan voorkomen, hebben Kim en zijn team aangetoond dat de breuken die verband houden met het bel-knikmechanisme mogelijk op elke locatie in een chromosoom kunnen voorkomen. Dit mechanisme van chromosoominstabiliteit zou ook een verklaring kunnen bieden waarom chromosoomherschikkingen in bepaalde gebieden van de chromosomen gebruikelijk zijn. Dit fenomeen wordt gezien in kankergenomen en in genomen die verband houden met ziekten zoals autisme.

"Dit werk vertegenwoordigt een paradigmaverschuiving in de manier waarop we denken over chromosoominstabiliteit en mogelijk veel ziekten die daarmee samenhangen", zegt Kim, lid van de afdeling Moleculaire Biologie van UC Berkeley en het Helen Wills Neuroscience Institute.