Op het achterste plaatje zijn de chromatinedraden te zien (zwart). Het voorste plaatje geeft de pakkingsdichtheid aan: rood voor dichte pakking tot blauw voor minste pakkingsdichtheid (afb: Salk-instituut)

Veel zaken rond het systeem dat we leven noemen zijn (ons mensen) duister. Neem nou de organisatie van DNA in de kern van een cel. Volgens de leerboeken zit dat superlange molecuul, keurig ingepakt in histonen, netjes geordend in de kern, als een soort parelketting die steeds dikkere ‘draden’ vormt. Nu zijn onderzoekers er voor het eerst in geslaagd de organisatie van het chromatine (DNA plus omringende histonen) te bekijken. De leerboeken moeten herzien worden. De organisatie ziet er op het eerste gezicht erg chaotisch uit: een ordeloze kluwen, zo lijkt het. Waarschijnlijk is die ‘ordeloosheid’ een georganiseerde chaos. 

DNA is een gigantisch molecuul. Uitgerekt is dat bijna twee meter lang. Dat superlange molecuul moet in een celkern gepropt worden die maar zo’n eenduizendste van een mm groot is. Daar komt nog eens bij dat genen op dit ultramolecuul moeten kunnen worden afgelezen en omgezet in boodschapper-RNA (de mal voor het bijbehorende eiwit). Dat klinkt simpel, maar hoe regel je dat bij een dicht in elkaar gepropt molecuul?
Hoe de organisatie in elkaar steekt was ook zestig jaar na de ontdekking van het ‘levensmolecuul’ nog steeds niet bekend. Bekend was dat DNA met histonen het chromatine vormen als, zoals gezegd, een parelketting. Over de hogere orde van die organisatie kon alleen maar gespeculeerd worden. Het was tot nu toe nog niet gelukt dat parelsnoer in levende cellen te observeren.
“Het is een van de lastigste opgaven in de biologie om de structuur van DNA waar te nemen en hoe die met de functie van het genoom verhoudt”, zegt onderzoekster Clodagh O’Shea van het Salk-instituut in La Jolla (VS).
Volgens de boekjes vormt het parelsnoer zich tot steeds dikkere draden, die dan uiteindelijk de chromosomen vormen. Daar is nooit een bewijs voor gevonden aangezien daar geen beelden van waren. “Het chromatine dat je uit de kern haalt ziet er heel anders uit dan in de natuurlijke toestand in de celkern”, zegt medeonderzoeker en instituutsgenoot Horng Ou.

Kleurstof

De onderzoekers gingen op zoek naar een kleurstof en een geschikte mikroscooptechniek, waarmee de organisatie van chromatine zichtbaar is te maken zonder de structuur te verstoren. Uiteindelijk vonden ze in een fluorescerende stof (een anthrachinon), die zich selectief aan DNA bindt. Als de kleurstof belicht wordt, dan vinden er reacties plaats waarbij een metallisch contrastmiddel zich bindt aan DNA. Daarmee is de structuur zichtbaar te maken in een elektronenmicroscoop. De onderzoekers bewerkten zo cellen in rust en cellen die zich delen.

De onderzoekers zagen niets wat leek op de dikker wordende draden uit de leerboeken. Er was zelfs geen sprake van een nette ordening. De organisatie van dat hele grote molecuul was eigenlijk maar een zootje, zagen de onderzoekers. Soms zagen ze rechte stukjes chromatine die als het ware gestapeld waren of chromatine in de vorm van een schroefdraad. Ook vormde het chromatine lussen van verschillende grootte, in het chromatinesnoer maar ook samen met andere delen van het ‘snoer’. Die chaos (?) heeft als gevolg dat de pakkingsdichtheid varieert. Volgens de onderzoekers zou dat wel eens iets te maken kunnen hebben met de afleesbaarheid van genen.

O’Shea: “Onze resultaten laten zien dat chromatine geen vaste structuren van een hogere orde vormt om in de celkern te passen. De pakkingsdichtheid is de basis voor de verschillende structuren en die regelt de functionele activiteit en toegankelijkheid van ons erfgoed.”

Bron: bdw