Met nieuwe hulpmiddelen die individuele DNA-strengen kunnen pakken en uitrekken als elastiekjes, Wetenschappers van Rice University werken aan het ontrafelen van een mysterie van moderne genomica. Hun laatste bevindingen, die verschijnen in Fysieke beoordelingsbrieven , nieuwe aanwijzingen te geven over de fysieke samenstelling van vreemde DNA-segmenten die slechts één DNA-base hebben, adenine, tientallen keren achter elkaar herhaald.

Deze mysterieuze "poly(dA)-herhalingen" zijn verspreid over het menselijk genoom. Wetenschappers hebben ze ook gevonden in het genoom van dieren, planten en andere soorten in de afgelopen tien jaar. Maar onderzoekers weten niet waarom ze daar zijn, welke functie ze vervullen of waarom ze alleen voorkomen bij de DNA-base adenine en niet bij de andere drie DNA-basen -- cytosine, guanine en thymine.

"Eerdere onderzoeken van poly(dA) hebben gesuggereerd dat adeninebasen op een zeer uniforme manier stapelen, " zei Ching-Hwa Kiang, een co-auteur van de nieuwe studie en assistent-professor natuurkunde en astronomie bij Rice. "Ons onderzoek richtte zich op wat er gebeurt als enkele strengen poly(dA) worden uitgerekt en deze stapels uit elkaar worden getrokken."

De onderzoeksgroep van Kiang is gespecialiseerd in het bestuderen van de fysische en mechanische eigenschappen van eiwitten en nucleïnezuren, en hun belangrijkste hulpmiddel is een van de pijlers van onderzoek naar nanotechnologie -- de atoomkrachtmicroscoop, of AFM. De zakelijke kant van een AFM is als een kleine grammofoonnaald. De punt van de naald is niet meer dan een paar atomen breed, en de naald bevindt zich aan het einde van een arm die op en neer beweegt over het oppervlak van wat wordt gemeten. Terwijl nanotechnologen het apparaat gebruiken om de dikte van monsters te meten, De groep van Kiang gebruikt het op een andere manier.

Om haar experimenten te beginnen, Kiang legt eerst een dunne laag van de eiwitten die ze wil bestuderen op een plat oppervlak. Dit wordt onder de AFM-arm geplaatst, zodat de dobberende AFM-naald naar beneden kan zakken en de uiteinden van een van de eiwitten kan pakken. Terwijl de arm zich terugtrekt, het ontrafelt het eiwit.

Alle eiwitten vouwen in een karakteristieke vorm. Als kleine veren, ze blijven in deze compacte staat van "laagste energie", tenzij ze uit elkaar worden gehaald.

De nieuwe studie over poly(dA) werd uitgevoerd door Kiang, Rice afgestudeerde student Wuen-shiu Chen en collega's van Rice en National Chung Hsing University (NCHU) in Taiwan. Het team ontdekte dat poly(dA) zich anders gedraagt, afhankelijk van de snelheid waarmee het wordt uitgerekt. Toen de AFM snel dobberde, de poly(dA)-segmenten gedroegen zich als elk ander segment van enkelstrengs DNA. Maar toen de AFM-beweging werd vertraagd, het team ontdekte dat de hoeveelheid kracht die nodig was om de poly (dA) uit te rekken, veranderde. Op twee bijzondere locaties de streng verlengde zich voor een korte afstand zonder enige extra kracht.

"Typisch, enkele strengen DNA gedragen zich als een rubberen band:de weerstand neemt toe naarmate ze uitrekken, wat betekent dat je harder en harder moet trekken om ze te blijven strekken, " zei Kiang. "Met poly(dA), we vonden deze twee punten waar dat niet van toepassing is. Het is alsof je steeds harder moet trekken, en dan voor een korte tijd, de band strekt zich uit zonder enige extra kracht."

Kiang zei dat de exacte oorzaken en implicaties van het fenomeen onduidelijk zijn. Maar wetenschappers weten dat dubbelstrengs DNA op discrete locaties uit elkaar moet worden gehaald, zodat de machinerie van de cel de genetische code kan lezen en in eiwitten kan omzetten. Er is enige speculatie geweest dat de adenine-herhalingen een rol spelen bij het ordenen van genomische informatie; Kiang zei dat de nieuwe bevindingen nog meer vragen oproepen over de rol die de herhalingen kunnen spelen in genregulatie en genoomverpakking en hoe ze potentiële doelen kunnen zijn voor kankermedicijnen.