De eerste experimenten met deze nieuwe onderzoeksmethode laten zien dat het chromosoom enorm elastisch is, waardoor het goed bestand is tegen de krachten die op het DNA worden uitgeoefend tijdens celdeling. Bovendien is ontdekt dat één specifiek eiwit, TOP2A, een belangrijke rol speelt voor de structuur van het chromosoom. Het onderzoek is vandaag verschenen in Nature en is een samenwerking met een team van biologen van de Universiteit van Kopenhagen, onder leiding van Ian Hickson.
Veel hogere meetprecisie
Hoogleraar biofysica Gijs Wuite: “Wij zijn de eersten die het optisch pincet gebruiken om de mechanische eigenschappen van chromosomen te meten. Mechanische metingen zijn tot nog toe met kleine naalden gedaan, dat leverde al veel informatie op, maar wij hebben nu instrumentatie ontwikkeld waarvan de meetprecisie veel hoger is. Daarnaast combineren we onze metingen met geavanceerde fluorescentie-microscopie, wat samen een heel nieuwe wereld opent van mogelijkheden om menselijke chromosomen nauwkeurig te onderzoeken.”
Onderzoekers kunnen nu beter begrijpen wat er mis kan gaan tijdens celdeling, want het begrijpen van een ‘gezonde’ celdeling ligt ten grondslag aan het begrijpen van wat er mis kan gaan. Foutjes tijdens celdeling kunnen, als ze te vaak voorkomen, lijden tot ernstige ziektebeelden. Met deze nieuwe methode kan bijvoorbeeld onderzoek gedaan gaan worden naar aangeboren afwijkingen die leiden tot veel DNA-schade tijdens celdeling, zoals het fragiele X-syndroom.
Een paar meter DNA
Eerste auteur van het Nature-artikel Anna Meijering promoveerde in 2021 aan de VU op dit onderzoek. Ze legt uit: “Elke menselijke cel bevat een paar meter aan DNA, dat tijdens celdeling gekopieerd moet worden en verdeeld naar de dochtercellen zonder daarbij in de knoop te raken. Een hels karwei! Om dit te bereiken vormt het DNA een enorm compacte structuur: het chromosoom. Deze structuur is moeilijk te onderzoeken met bijvoorbeeld microscopie of andere bekende technieken, juist door de enorme compactheid van het DNA."
Dus Meijering en haar collega’s ontwikkelden een methode om met optische pincetten aan – uit cellen geïsoleerde – chromosomen te trekken. Ze maten vervolgens hoe de chromosomen reageren op deze uitrekking. Meijering: “Vergelijk het met trekken aan een touwtje tegenover trekken aan een elastiekje. Je kunt, door deze reactie te meten, onderzoeken welke structuur eraan ten grondslag ligt. Wij kwamen tot de conclusie dat binnen het chromosoom steeds een ander onderdeel de meeste rek opvangt, waardoor de structuur als geheel beschermd wordt tegen grote vervormingen.” Chase Broedersz voegt toe: “Het chromosoom wordt enorm rigide als het uitgerekt wordt: het wordt stijver. Bij een gewoon elastiek moet je twee keer zo hard eraan trekken als je het twee keer zo ver wilt uitrekken. Het chromosoom gedraagt zich anders: des te harder je er aan trekt, des te minder het op de kracht reageert door niet veel verder uit te rekken.”
ERC Advanced Grant
Het onderzoek is gedaan binnen het Europese onderzoeksproject Chromavision. Vervolgonderzoek loopt al in het project MONOCHROME; dit onderzoeksproject is vorig jaar gestart. Hoogleraar Gijs Wuite kreeg in 2020 een ERC Advanced Grant voor MONOCHROME toegekend.
Foto: Eerste auteur Anna Meijering aan het werk in het lab. Fotograaf: Anne Reitsma