Untangle DNA
Natuurkundige Julia Bakx verkreeg met behulp van een geavanceerd optisch pincet nieuwe inzichten in de manier waarop cellen knopen en verdraaiingen in DNA oplossen. Dat proces is essentieel voor gezonde celdeling, DNA-reparatie en het voorkomen van fouten in het erfelijk materiaal. Zij richtte zich op het menselijke eiwitcomplex Topoisomerase IIIα samen met de hulpeiwitten RMI1 en RMI2, samen bekend als TRR.
Tijdens processen zoals DNA-replicatie raakt DNA regelmatig in de knoop. Om schade en fouten te voorkomen, moeten deze structuren nauwkeurig worden opgelost. Uit het onderzoek blijkt dat TRR enkelstrengs DNA kan doorknippen en daarbij een opening van ongeveer 8,3 nanometer creëert. Opvallend genoeg bleek het eiwitcomplex niet alleen knopen in enkelstrengs DNA te kunnen ontwarren, maar ook structuren met dubbelstrengs DNA. Dat resultaat was onverwacht en biedt nieuwe inzichten in de flexibiliteit van het eiwitmechanisme.
Bakx ontdekte daarnaast dat het proces ook omgekeerd kan verlopen: TRR blijkt in staat om twee DNA-strengen juist om elkaar heen te draaien en zo nieuwe knopen te vormen. Daarmee ontstaat een completer beeld van hoe deze eiwitten de structuur van DNA actief kunnen aanpassen.
Naast de biologische ontdekkingen ontwikkelde Bakx ook een nieuwe experimentele methode met vier optische pincetten. Daarmee konden twee DNA-strengen meerdere keren om elkaar heen worden gedraaid zonder dat het DNA aan een oppervlak hoefde te worden vastgemaakt. In eerdere experimenten was zo’n bevestiging altijd noodzakelijk. De nieuwe aanpak maakt het mogelijk om DNA-eiwitinteracties natuurgetrouwer en nauwkeuriger te bestuderen, vooral bij complexe DNA-structuren.
De resultaten dragen bij aan een beter begrip van fundamentele processen zoals DNA-replicatie en DNA-reparatie. Dat is maatschappelijk relevant, omdat fouten in deze processen kunnen leiden tot genetische aandoeningen en ziektes zoals kanker. De nieuwe methode kan onderzoekers bovendien helpen om in de toekomst gerichter te onderzoeken hoe eiwitten DNA beschermen en herstellen, wat uiteindelijk kan bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe medische behandelingen.
Meer informatie over het proefschrift