Kunnen we nog ouder worden? Natuurkundige doet ontdekking in beschermlaagje van genen

Afbeelding 1: Een cel, chromosoom en telomeren
Afbeelding 1: Een cel, chromosoom en telomeren

Met behulp van natuurkunde en een piepklein magneetje ontdekten wetenschappers een nieuwe DNA-structuur van telomeren. Telomeren worden wel eens gezien als de sleutel tot het verlengen van het leven. Ze beschermen genen tegen beschadigingen, maar worden bij elke celdeling een stukje korter. Als ze te kort zijn, sterft een cel. De nieuwe vondst helpt om ouderdom en ziektes beter te begrijpen.

Natuurkunde is niet de eerste wetenschappelijke discipline waar je aan denkt als het over DNA gaat. Toch is John van Noort van het Leids Instituut voor Onderzoek in de Natuurkunde (LION) een van de wetenschappers die de nieuwe DNA-structuur vond. Als biofysicus zet hij natuurkundige technieken in om biologische experimenten te doen. Dat was ook biologen aan de Nanyang Technological University in Singapore opgevallen. Zij vroegen hem te helpen om de DNA-structuur van telomeren te onderzoeken. Het resultaat publiceerden ze in Nature.

Kralenketting

In iedere cel van je lichaam zitten chromosomen, waarop genen zitten die kenmerken (zoals hoe je eruit ziet) bepalen. Aan de uiteinden van chromosomen zitten telomeren die de chromosomen beschermen tegen beschadigingen. Zie ze als de harde stukjes plastic aan het eind van een veter.

Omdat het DNA tussen de telomeren wel twee meter lang is, moet het worden opgevouwen om in een cel te passen. Om dat voor elkaar te krijgen, windt het DNA zich om pakketjes eiwitten (samen nucleosoom genoemd). Zo vormt zich uiteindelijk een soort kralenketting: een nucleosoom, een stukje vrij (of ongebonden) DNA, een nucleosoom et cetera.

Daarna vouwt deze ketting zich nog verder op. Hoe dat gebeurt, hangt af van de lengte van het DNA tussen de nucleosomen, de kralen van de ketting. Twee structuren die na het vouwen ontstaan, waren al bekend. Bij een daarvan plakken twee naast elkaar gelegen kralen zich direct op elkaar en hangt vrij DNA ertussen (afbeelding 2A). Als het stukje DNA tussen de kralen korter is, lukt het buurkralen niet om aan elkaar vast te plakken. Dan ontstaan twee stapels naast elkaar (afbeelding 2B). In hun studie vonden Van Noort en collega’s een andere structuur in telomeren. Hierbij zitten de nucleosomen veel dichter op elkaar, waardoor er geen vrij DNA meer tussen de kralen zit. Hierdoor ontstaat uiteindelijk één grote helix, een spiraal, van DNA (afbeelding 2C).

Magneetje

De nieuwe structuur is ontdekt met een combinatie van elektronen microscopie en moleculaire krachtspectroscopie. Deze laatste techniek komt uit het lab van Van Noort. Hierbij wordt één uiteinde van het DNA aan een glaasje bevestigd en aan het andere eind wordt een magnetisch bolletje geplakt. Een paar sterke magneten boven dit bolletje trekken vervolgens de kralenketting uit elkaar. Door te volgen hoeveel kracht het kost om de kralen een voor een los te trekken, krijg je meer informatie over hoe de ketting is gevouwen. Met behulp van een elektronen microscoop konden de wetenschappers in Singapore vervolgens de structuur beter zien.

Bouwstenen

Structuur is volgens Van Noort ’de heilige graal in de moleculaire biologie’. Als de structuur van de moleculen bekend is, levert dit meer inzicht op over hoe genen worden aanen uitgezet en hoe enzymen in cellen met telomeren omgaan. Hoe ze het DNA repareren en kopiëren bijvoorbeeld. De ontdekking van de nieuwe telomeerstructuur helpt om de bouwstenen van het lichaam beter te begrijpen. En dat helpt uiteindelijk weer om ouderdom en ziektes, zoals kanker, beter te kunnen onderzoeken en om geneesmiddelen te ontwikkelen.

Tekst: Dagmar Aarts
Illustraties: Fien Leeflang