Wetenschappers zijn er in geslaagd directe beelden te maken van DNA-schade en -herstel. De daarvoor ontwikkelde sensor (een eiwit) werkt zelfs in levende organismen en opent de deur naar nieuwe manieren om DNA-schade in kaart te brengen, herstelprocessen te bestuderen en de precisie van vroege proeven met cellen te verbeteren, stellen de onderzoekers.
In plaats van cellen op verschillende punten te bevriezen, kunnen onderzoekers nu zien hoe de schade ontstaat, hoe de hersteleiwitten naar de herstellocatie snellen en het herstelproces volgen. De (fluorescerende) sensor, gemaakt van een natuurlijk eiwit dat zich licht en slechts kort aan beschadigd DNA bindt, biedt een levensecht beeld van de DNA-reparatie in een cel, aldus de onderzoekers.
Het DNA in onze cellen wordt voortdurend beschadigd door zonlicht, chemicaliën, straling en zelfs de normale processen die het lichaam in stand houden. Het grootste deel van deze schade wordt zeer snel weer hersteld. Wanneer deze reparaties mislukken, kunnen de resulterende fouten een rol spelen bij veroudering, kanker en diverse andere ziekten.
Jarenlang hadden onderzoekers moeite met het direct observeren van deze herstelprocessen terwijl die plaatsvonden. Veel traditionele methoden vereisten het doden en bewaren van cellen op verschillende tijdstippen, waardoor slechts geïsoleerde momentopnames ontstonden in plaats van een continu beeld. Onderzoekers van de universiteit Utrecht hebben nu een sensor geïntroduceerd die deze situatie verandert.
Hoofdonderzoeker Tuncay Baubec beschrijft de aanpak als een methode om in een cel te kijken zonder de celactiviteiten te verstoren. Hij merkt op dat gangbare hulpmiddelen zoals antilichamen en nanodeeltjes zich vaak te sterk aan DNA hechten, wat de eigen herstelsystemen van de cel kan verstoren. “Onze sensor is anders. Die is opgebouwd uit onderdelen van een natuurlijk eiwit dat de cel al gebruikt. Dat beweegt zelfstandig naar de beschadigde plek en weer terug, dus wat we zien, is het werkelijke gedrag van de cel.”

Het systeem is gebaseerd op een fluorescerende ‘vlag’ die is bevestigd aan een klein domein dat is afgeleid van een van de eigen eiwitten van de cel. Dit domein herkent kortstondig een merker die alleen op beschadigd DNA voorkomt. Omdat de interactie mild en omkeerbaar is, markeert de sensor het aangetaste gebied, terwijl het herstelwerk van de cel niet zou worden verstoord. “Ik testte wat medicijnen en zag de sensor precies oplichten waar commerciële antilichamen dat deden,” zegt medeonderzoeker Richard Cardoso Da Silva. “Dat was het moment waarop ik dacht: dit gaat werken.”

Oudere methoden

Het contrast met oudere methoden is opvallend. In plaats van verschillende afzonderlijke experimenten uit te voeren om verschillende momenten vast te leggen, kunnen onderzoekers nu de volledige herstelsequentie bekijken als één doorlopende film. Ze kunnen volgen wanneer de schade ontstaat, kijken hoe snel hersteleiwitten arriveren en zien wanneer de cel het probleem oplost. Cardoso Da Silva: “Je krijgt meer data, een hogere resolutie en, belangrijker nog, een realistischer beeld van wat er werkelijk gebeurt in een levende cel.”

Medewerkers van de universiteit Utrecht gebruikten de sensor in de worm C. elegans, een veelgebruikt onderzoeksorganisme. De sensor presteerde even goed en onthulde geprogrammeerde DNA-breuken die optreden tijdens de ontwikkeling van de worm. Voor Baubec was deze demonstratie essentieel. “Het toonde aan dat de sensor niet alleen geschikt is voor cellen in het lab. Hij kan ook worden gebruikt in levende organismen.”
De mogelijke toepassingen gaan verder dan alleen het observeren van herstel. Het eiwitdomein van de sensor kan worden verbonden met andere verbindingen, waardoor wetenschappers de locaties van DNA-schade in het genoom in kaart kunnen brengen of kunnen bepalen welke eiwitten zich rond een beschadigd gebied verzamelen. Onderzoekers kunnen beschadigd DNA ook in de celkern herpositioneren om te testen hoe de locatie de reparatie beïnvloedt. “Afhankelijk van je creativiteit en je vraag, kun je deze sensor op veel manieren gebruiken”, zegt Cardoso Da Silva.

Geen medicijn

Hoewel de sensor geen behandeling os medicijn is, zou die het medisch onderzoek aanzienlijk kunnen verbeteren. Veel kankertherapieën werken door opzettelijk DNA-schade toe te brengen aan tumorcellen, en vroege medicijnontwikkeling vereist vaak nauwkeurige metingen van de hoeveelheid schade die een stof aanricht.
“Op dit moment gebruiken klinische onderzoekers vaak antilichamen om dit te beoordelen”, zegt Baubec. “Onze sensor zou deze tests goedkoper, sneller en nauwkeuriger kunnen maken.” De onderzoekers zien ook toepassingen in de klinische omgeving, zoals het bestuderen van natuurlijke veroudering of het detecteren van blootstelling aan straling of andere mutagene factoren. Er is al volop belangstelling voor het systeem, vandaar dat de onderzoekers het zonder beperkingen beschikbaar hebben gesteld. “Alles is op het web. Wetenschappers kunnen het direct gebruiken”, zegt Baubec.

Bron: Science Daily