Visualizing Single DNA-bound proteins using DNA as a scanning probe

Een lusje in ons erfelijk materiaal

Door de uiteinden van strengen DNA vast te pakken met laserbundels kun je DNA heel bijzondere dingen laten doen. Het is zelfs mogelijk een lus te leggen in een enkele DNA streng en deze over een tweede streng heen te schuiven, ondanks dat het DNA te klein is om onder de microscoop te kunnen zien! Op deze manier hebben onderzoekers in de groep Fysica van Complexe Systemen in het lasercentrum van de Vrije Universiteit kunnen zien dat bepaalde eiwitten zich op specifieke plekken aan het DNA hechten.

In het team van Gijs Wuite gebruiken biofysici zogenaamde "optische pincetten" om piepschuimbolletjes van een paar duizendste millimeter beet te pakken, die wèl zichtbaar zijn onder de microscoop. Elk bolletje wordt gevangen in het brandpunt van een gefocusseerde laserbundel. Als de laserbundel verplaatst wordt, beweegt het bolletje mee. Door nu beide uiteinden van een DNA molecuul aan bolletjes vast te plakken kunnen de onderzoekers het DNA naar believen buigen, draaien en strekken. Ondertussen gebruiken ze het laserlicht dat van de bolletjes afketst om heel precies te bepalen welke kracht er op het DNA wordt uitgeoefend.

Voor het eerst zijn de onderzoekers in het team, promovendi Maarten Noom, Bram van den Broek en Joost van Mameren, nu in staat om met in totaal vier optische pincetten twee DNAstrengen om elkaar heen te wikkelen. Alsof het miniatuurtouwtjes zijn, leggen ze met de ene streng DNA een lusje strak om de andere heen. Vervolgens trekken ze dat lusje voorzichtig langs de andere DNA-streng. Opvallend genoeg ontdekten de onderzoekers dat DNA moleculen bijna wrijvingsloos langs elkaar kunnen glijden. Als ze echter eiwitten aan het DNA laten binden zorgen deze 'obstakels' ervoor dat het DNA lusje telkens even blijft haken. Op deze manier kunnen de onderzoekers zien waar individuele eiwitten zich aan het DNA hechten alvorens ze hun functie op het DNA uitoefenen. Als ze het lusje strakker trekken, kunnen ze de eiwitten er zelfs afvegen.

De nieuwe techniek werd in december 2007 gepubliceerd als cover artikel in het tijdschrift Nature Methods. Het manipuleren van twee DNA moleculen stelt de onderzoekers in staat complexe biologische processen te onderzoeken waarbij twee stukken DNA betrokken zijn. Te denken valt bijvoorbeeld aan het bij elkaar houden of het in elkaar draaien van twee stukken DNA om het compacter te maken of bijvoorbeeld het kopiëren van DNA. Juist het feit dat er hierbij twee DNA moleculen betrokken zijn, maakt het moeilijk om deze processen met al bestaande technieken te onderzoeken. De techniek waarbij meerdere DNA moleculen kunnen worden gemanipuleerd van de VU-onderzoekers kan daarom een belangrijk nieuwe instrument worden in de bio-nanotechnologie.