Nieuws

26
Feb

Prof. Cees Dekker reveals DNA mystery

Prof. Cees Dekker’s team resolved a biological mystery in collaboration with foreign researchers from EMBL Heidelberg and Columbia University: how our genes are packed in cells. It was already known that DNA molecules, that have a size of two meters in each cells when they are stretched out, must be packed in some way. In 1882 it was already observed through a microscope how DNA molecules are packed into very small chromosomes prior to cell division. The question remained how these molecules are packed exactly.

It was already known that condensin plays a key-role in compacting chromosomes. Until recently, there were two theories on how condensin packages these molecules. One theory states that condensing works like a hook that can grasp somewhere in the jumble of DNA, thus tying it together. The other, more elegant theory, states that DNA is pulled as a loop through the ring shaped condensin. This more elegant theory theory, named loop extursion, seems to be the right one.

The greatest objection for this theory was that the process would cost more energy than was measured in the cells. The scientists discovered, however, that condensin has a motor function. The protein makes relatively large steps over the DNA molecule, which made the energy comsumption more in-line with the measurements. This process is observed and filmed in the Dekker lab by Postdoc Dr. Mahipal Ganji. He did this by fixing a DNA molecule on both ends on a glass surface in a microfluidic channel. On this record, it is clearly visible how the DNA gets more concentrated on a single spot, supporting the loop extursion theory to be the right one.  Surprising results are that the DNA is pulled asymmetrically through the condensin and that the process is slower when the DNA is under tension.

Not only does this settle a long-standing debate in biology, it also opens windows for further research. Problems with the protein family to which condensin belongs are related to inheritable diseases, for example Cornelia de Lange Syndrome (CdIS). Children with CdIS are almost always mentally disordered. Furthermore, condensin plays a crucial role in the organisation of chromosomes during cell division. Mistakes in this process could result in cancer. The scientific breakthrough can possibly help in the battle against these diseases.

 

Sources:
https://nos.nl/artikel/2218889-nederlandse-wetenschappers-ontrafelen-dna-mysterie.html
http://tudelft.pageflow.io/dna-loop-extrusion-by-condensin#144155

Leave a Reply

26
Feb

Prof. Cees Dekker ontrafelt DNA-mysterie

Prof. Cees Dekker heeft samen met zijn team en andere buitenlandse wetenschappers (EMBL Heidelberg en Columbia University) een biologisch raadsel opgelost: hoe onze genen verpakt worden in cellen. Het was al langer duidelijk dat DNA-moleculen, die in iedere cel uitgestrekt zo’n twee meter beslaan, op de een of andere manier opgevouwen moeten zijn. Al in 1882 werd geobserveerd door een microscoop hoe DNA-moleculen tot erg kleine chromosomen verpakt werden voordat een cel zich deelt. Hoe deze moleculen precies opgevouwen zijn bleef echter lang onduidelijk.

Dat het eiwitcomplex condensin een belangrijke rol speelt in het compact maken van chromosomen was al langer bekend. Tot kort geleden waren er twee theorieën over hoe condensin dit precies doet. De ene theorie zegt dat condensin als een haak in de warboel van DNA grijpt en het zo bij elkaar haalt. De andere, meer elegantere theorie, zegt dat DNA als een lus door het ringvormige condensin getrokken wordt. Deze elegantere theorie, genaamd loop extursion, blijkt de juiste te zijn.

Het grootste bezwaar op deze theorie was dat het proces veel meer energie zou kosten dan dat er gemeten werd in de cellen. De wetenschappers hebben echter ontdekt dat condensin een motorfunctie heeft. Het eiwit maakt relatief grote stappen over het DNA-molecuul, waardoor de energieconsumptie meer in lijn komt met de gemeten waarde. Dit proces is geobserveerd en gefilmd in het Dekker lab door Postdoc Dr. Mahipal Ganji. Dit deed hij door een DNA-molecuul aan beide uiteindes te fixeren op een glazen oppervlak in een microfluidic channel. Op deze opname is duidelijk te zien hoe het DNA een hogere concentratie krijgt op een specifiek punt, wat erop wijst dat de loop extursion theorie de juiste is. Verrassende resultaten zijn dat het DNA asymmetrisch door het condensin getrokken wordt en dat het proces langzamer verloopt als het DNA onder spanning staat.

Naast het feit dat dit een langlopend debat in de biologie eindigt, opent het ook deuren voor verder onderzoek. Problemen met de eiwitfamilie waartoe condensin behoort zijn gerelateerd aan erfelijke ziektes, zoals het Cornelia de Lange syndroom (CdIS). Kinderen met CdIS hebben bijna altijd een verstandelijke beperking. Ook speelt condensin een cruciale rol in de organisatie van chromosomen tijdens de celdeling en fouten in dit proces kunnen resulteren in kanker. De wetenschappelijke doorbraak kan mogelijk helpen in de strijd tegen dit soort aandoeningen en ziektes.

 

Bronnen:
https://nos.nl/artikel/2218889-nederlandse-wetenschappers-ontrafelen-dna-mysterie.html
http://tudelft.pageflow.io/dna-loop-extrusion-by-condensin#144155

Leave a Reply