DNA-opening vindt plaats wanneer de moleculaire ‘sporten’ van de beroemde dubbele-helixladder uit elkaar vallen. Deze cruciale stap vormt de kern van veel levensprocessen, waaronder de processen waarbij cellen DNA kunnen delen en repareren.

Met behulp van een computermethode die bekend staat als 'grofkorrelige' simulaties, hebben onderzoekers van RIKEN in Japan met succes een van de belangrijkste stappen in het ontrafelen van DNA geanimeerd, genaamd 'uitpakken'.

"Onze modellen vertegenwoordigen DNA als reeksen kleine bolletjes die met elkaar verbonden zijn door bronnen, en het water eromheen als een dicht continuüm", zegt Masaki Susa van het RIKEN Interdisciplinaire Theoretische en Wiskundige Wetenschappen Programma.

Het onderzoeksteam gebruikte een supercomputer om de beweging van een miljard DNA-basenparen (of "sporten" van de DNA-ladder) te simuleren. Ze ontdekten dat deze kleine kralen heen en weer bewegen op een manier die opvallend consistent is met experimentele metingen van de flexibiliteit en elasticiteit van DNA, wat het vertrouwen geeft dat hun methode de essentie van het fysieke gedrag van DNA vastlegt.

"Onze berekeningen onthullen in detail hoe thermische beweging ervoor zorgt dat DNA zich opent. Wanneer individuele basenparen breken, leggen ze enkelstrengs 'plakkerig' DNA bloot, klaar om te binden met andere moleculen - een fundamentele stap in de DNA-verwerking", zegt teamleider Hiroshi Orland .

Het uitgepakte segment fladdert dan in de waterige omgeving en zwaait rond als een vlag. "Dit fladderen is essentieel voor het begrijpen van de dynamiek van DNA, omdat het de manier is waarop DNA interageert met eiwitten en andere moleculen eromheen", zegt Susa.

"Grofkorrelige" simulaties zijn relatief snel en het team gebruikt deze techniek nu om nog grotere stukken DNA te bestuderen en de volledige opening en sluiting van deze dubbelstrengige moleculen te simuleren.

Het onderzoek verschijnt in het tijdschrift Nucleic Acids Research.