Zien hoe DNA de twist danst
23 augustus 2011 door Webredactie
Onderzoekers van de TU Delft en de Stichting FOM hebben een nieuw soort magnetische pincet ontwikkeld om veranderingen in de draaiing (twist) van DNA op enkel-molecuul niveau te meten. Hiermee kunnen DNA-eiwit interacties, die een rol spelen bij bijvoorbeeld het kopiëren of het repareren van DNA, veel nauwkeuriger bekeken worden dan voorheen. Het onderzoek, medegefinancieerd door een Natuurkunde Veni-subsidie aan Jan Lipfert, verschijnt vandaag op de website van Nature Communications.
DNA, het molecuul waarin de genetische informatie van cellulair leven ligt opgeslagen, heeft een dubbele helixstructuur: twee lange strengen, die met basen steeds per paar in elkaar grijpen, draaien om elkaar heen als in een gedraaid lint. Wanneer er eiwitten aan het DNA moeten binden (bijvoorbeeld om het DNA af te lezen), wordt de helix deels ontwonden. Met de nieuwe 'magnetische pincet met vrije omwenteling' (freely-orbiting magnetic tweezer) kunnen de onderzoekers deze fluctuaties in de draaiingsdichtheid van de dubbele helix op het niveau van individuele DNA-moleculen waarnemen.
Eenvoud
In deze pincet wordt een stuk DNA tussen een glasplaatje en een heel klein magnetisch bolletje (enkele micrometers) bevestigd. In tegenstelling tot conventionele magnetische pincetten, is de oriëntatie van de bolletjes in het vlak loodrecht op het DNA vrij. Hierdoor kunnen ze om de as van het DNA draaien en nauwkeurig alle veranderingen in de draaiing van het DNA-molecuul uitlezen. Een bijzonder sterk punt van het nieuwe instrument is ook de eenvoud: elke conventionele magnetische pincet kan omgezet worden naar een magnetische pincet met vrije omwenteling door een aanpassing in de magneetvelden, zonder overige aanpassingen in hardware of software.
Draaistijfheid
De onderzoekers hebben het instrument gebruikt om de draaistijfheid van DNA als functie van kracht te meten. Daarnaast hebben ze in real time de polymerisatie (ketenvorming) van RecA - een belangrijk eiwit in de reparatie van DNA - onderzocht. In de toekomst zal de nieuwe pincet benut worden om de wisselwerkingen tussen DNA en onder andere moleculaire motoren of medicijnen beter in kaart te brengen.
Foto: Eiwitpolymerisatie op DNA.
Artistieke impressie van eiwitpolymerisatie op DNA, bekeken in de magnetische pincet met vrije omwenteling. De pincet maakt gebruik van een cilindrische magneet (zichtbaar op de achtergrond). Magnetische bolletjes (lichtblauw) kunnen vervolgens draaien om de as van het DNA (donkerblauw en paars). Wanneer RecA-eiwitten (doorzichtig geel) aan het DNA binden, zal het DNA-molecuul zich ontwinden en het magnetische bolletje vervolgens meedraaien in een circulaire beweging. De positie van het bolletje rapporteert zo in real time over het proces van eiwit polymerisatie. (credit: Tremani/TU Delft)
Contact
Dr. Jan Lipfert (Department of Bionanoscience, Kavli Institute of Nanoscience, Technische Universiteit Delft), (015) 278 3552
Prof. dr. Nynke Dekker (Department of Bionanoscience, Kavli Institute of Nanoscience, Technische Universiteit Delft), (015) 278 3219
Referentie
Jan Lipfert*, Matthew Wiggin*, Jacob W.J. Kerssemakers, Francesco Pedaci, and Nynke Dekker (* = equal contribution)
'Freely-Orbiting Magnetic Tweezers to Directly Monitor Changes in the Twist of Nucleic Acids'
Nature Communications (2011)
