Helicases (groen) hebben bij het openen van DNA een voorkeursrichting (liever de paarse kant op dan de rode) (afb: SISSA)

Nog niet eens zo heel lang geleden werd DNA gezien als het molecuul waar ons leven in is vastgelegd. Gaandeweg blijkt dat allemaal wat ingewikkelder te liggen. Zo heeft de enzymfamilie de helicases tot taak om het stevig ingebakerde molecuul te openen om te kunnen worden afgelezen (de transcriptie). Nu hebben onderzoekers van, onder meer, het SISSA in Triëst (It) daar eens naar gekeken. Het blijkt dat het niet hetzelfde is als je het DNA de ene kant op afleest of de andere. De helicases blijken een voorkeursrichting te hebben. Zo blijken er gaandeweg steeds meer manieren ontdekt te worden waarop we dat ‘boek van het leven’ kunnen lezen.

De SISSA-onderzoekers ontdekten dat die helicases hun werk de kant op op sneller doen dan de andere. Dat zou te maken hebben met de samenstelling van DNA. Zoals bekend bestaat DNA uit vier nucleotiden, waarvan de stikstofbasen het actieve (bindende) onderdeel vormen (naast suiker en fosfaat). Als er naast de base waar het helicase bezig is de boel los te knippen ‘stijvere’ basen als guanine en adenine (de G en de A van de vier DNA-‘letters’) zitten, dan vertragen die dat proces. Als dat de kleinere basen cytosine of thimine (de C en de T) zijn dan gaat dat proces sneller.
De onderzoekers denken dat er door dit mechanisme nog een manier is om de informatiestroom te sturen. De informatie in de richting waarin de helicase het traagst vordert zal minder vaak worden uitgelezen, veronderstellen ze. Dat heeft gevolgen voor de genexpressie. Het onderzoek spruitte voort van een idee van SISSA-onderzoekers Giovanni Bussi en Francesco Colizzi (tegenwoordig bij het IRB in Barcelona werkzaam). Ze kregen daarbij hulp van Carlos Penedo en Malcolm White van de Saint Andrewuniversiteit in het VK.

Aanvankelijk gingen de onderzoekers met het rekentuig aan de slag. De resultaten die ze daarmee behaalden werden bevestigd door experimenten. “We weten dat de moeilijkheden voor het openen van een dubbele DNA- of RNA-streng afhankelijk is van de bindingsstrekte tussen die twee”, zegt Bussi. “Dezelfde dubbele helix was makkelijker te openen in de ene richting dan in de andere. Dat was een verrassing. We kwamen tot die conclusie na computersimulaties en bewezen met labproeven wat daarvan klopte. De hypothese bleek correct.”
Met behulp van lichtgevende eiwitten konden de onderzoekers het openingsproces volgen. Er is dus een voorkeursrichting waarin het ‘DNA-bericht’ is geschreven. Dat is volgens de onderzoekers een belangrijke conclusie. Als er in een streng veel ‘stijve’ basen zitten (de G’s en en A’s) dan krijgt het helicase-enzym het lastig en omgekeerd. Bussi: “De gemakkelijker richting om het DNA te openen hangt af van de basevolgorde in dat stuk DNA.”

Richting is belangrijk

“De sturing van alle activiteiten waarbij DNA is betrokken is een van de interessantste en belangrijkste thema’s in de biologie”, stelt de onderzoeker. “Daar valt nog veel meer te ontdekken. Nu hebben we iets wat tot nu toe nog niet is bekeken, namelijk de manier waarop het DNA-molecuul wordt geopend.”

Het bleek ook dat helicases anders werken bij DNA dan bij RNA. Bij RNA werken ze de boel meestal in een richting af. De onderzoekers veronderstellen dat dubbelstrenging RNA anders dan DNA een geometrische asymmetrie heeft, waardoor die in een richting wordt afgelezen. In de evolutie zouden de helicases uitgeselecteerd zijn die dat konden. Of dat klopt valt niet te verifiëren. Bussi: “Het is fascinerend te bedenken dat de geometrie in de dubbele helix een grote invloed heeft gehad op de ontwikkeling van de moleculaire machines die nodig zijn voor het leven.” Ik vraag me overigens af of die voorkeursrichting van de DNA-openers gevolgen heeft voor de manier waarop dat stuk DNA in RNA wordt gekopieerd.

Bron: EurekAlert