Een enzym repareert breuken in een DNA-keten. Hoe dat in zijn werk gaat, hebben Delftse en Leidse onderzoekers onlangs voor het eerst stap voor stap kunnen zien.
DNA in cellen raakt beschadigd door tal van factoren: zonlicht, chemische stoffen, infecties, straling of gewoon veroudering. Normaal wordt DNA in een fractie van een seconde gerepareerd (ongeveer vijf milliseconden), maar door het proces af te koelen tot -33 graden Celsius wisten Delftse en Leidse onderzoekers het proces te vertragen, zodat ze het op de voet konden volgen.
Enzymoloog dr. Alexey Cherepanov van de vastestof NMR (nucleaire magnetische resonantie)-groep van prof. Huub de Groot van de Universiteit Leiden werkte in dit onderzoek samen met de enzymologiegroep van prof.dr. Simon de Vries (Technische Natuurwetenschappen) van de TU Delft. Cherepanov kreeg in 2004 door de NWO een Veni-subsidie toegekend, een individuele onderzoeksbeurs.
Een breuk in het dubbelstrengs DNA-molecuul wordt, zo was bekend, gerepareerd door het enzym DNA-ligase in aanwezigheid van een energiedragend atp-molecuul (adenosinetrifosfaat) en magnesium. Nieuw is nu dat het maken en verbreken van de chemische verbindingen op de voet gevolgd kan worden aan de hand van de opeenvolgende NMR-spectra. De NMR-techniek (nucleaire magnetische resonantie) produceert kenmerkend spectra (‘chemische vingerafdrukken’) van chemische componenten en verbindingen. Hierdoor was Cherepanov in staat het proces stapsgewijs te volgen: “Je ziet eerst het magnesium binden. Dan ontstaat er een soort tussenstadium, waarover wetenschappers altijd in de clinch liggen of dat nu wel of niet bestaat. Als het DNA-ligase bindt met het atp, zie je dat het enzym het letterlijk in een greep neemt, openmaakt om de energie op te nemen en dat het daarna de breuk in het DNA dicht.”
Om zo’n proces en de tussenstappen te herkennen in een opeenvolging van spectra, is enig inlevingsvermogen vereist. Maar het is uitdrukkelijk de bedoeling om realistische driedimensionale filmpjes te maken van enzymatische acties. “Enzymen zijn te snel en te klein voor directe waarneming,” constateert Cherepanov, die in Delft promoveerde bij prof. Simon de Vries. “Wij vertragen het proces en we willen de posities van alle atomen van het eiwit gaan bekijken. Dan kunnen we echte driedimensionale films gaan maken.”
Over ongeveer een jaar hoopt Cherepanov een filmpje te hebben van het onmiddellijke reactiecentrum en weer vijf jaar later van de wijdere omgeving. Wat dat betreft is de publicatie in het wetenschapsblad PNAS (19 juni 2008) niet meer dan een ‘proof of principle‘. Bovendien zijn er alleen al in het menselijke lichaam meer dan tienduizend verschillende enzymen actief, dus kan er een hele videotheek aan enzymacties gevuld worden. Cherepanov: “Vijftig jaar geleden werd voor het eerst de structuur van een eiwit ontrafeld met röntgenstralen, nu kunnen we gaan zien hoe ze werken.”
Het enzym DNA-ligase nadert een breuk in de DNA-helix. (Illustratie: Alexey Cherepanov)
DNA in cellen raakt beschadigd door tal van factoren: zonlicht, chemische stoffen, infecties, straling of gewoon veroudering. Normaal wordt DNA in een fractie van een seconde gerepareerd (ongeveer vijf milliseconden), maar door het proces af te koelen tot -33 graden Celsius wisten Delftse en Leidse onderzoekers het proces te vertragen, zodat ze het op de voet konden volgen.
Enzymoloog dr. Alexey Cherepanov van de vastestof NMR (nucleaire magnetische resonantie)-groep van prof. Huub de Groot van de Universiteit Leiden werkte in dit onderzoek samen met de enzymologiegroep van prof.dr. Simon de Vries (Technische Natuurwetenschappen) van de TU Delft. Cherepanov kreeg in 2004 door de NWO een Veni-subsidie toegekend, een individuele onderzoeksbeurs.
Een breuk in het dubbelstrengs DNA-molecuul wordt, zo was bekend, gerepareerd door het enzym DNA-ligase in aanwezigheid van een energiedragend atp-molecuul (adenosinetrifosfaat) en magnesium. Nieuw is nu dat het maken en verbreken van de chemische verbindingen op de voet gevolgd kan worden aan de hand van de opeenvolgende NMR-spectra. De NMR-techniek (nucleaire magnetische resonantie) produceert kenmerkend spectra (‘chemische vingerafdrukken’) van chemische componenten en verbindingen. Hierdoor was Cherepanov in staat het proces stapsgewijs te volgen: “Je ziet eerst het magnesium binden. Dan ontstaat er een soort tussenstadium, waarover wetenschappers altijd in de clinch liggen of dat nu wel of niet bestaat. Als het DNA-ligase bindt met het atp, zie je dat het enzym het letterlijk in een greep neemt, openmaakt om de energie op te nemen en dat het daarna de breuk in het DNA dicht.”
Om zo’n proces en de tussenstappen te herkennen in een opeenvolging van spectra, is enig inlevingsvermogen vereist. Maar het is uitdrukkelijk de bedoeling om realistische driedimensionale filmpjes te maken van enzymatische acties. “Enzymen zijn te snel en te klein voor directe waarneming,” constateert Cherepanov, die in Delft promoveerde bij prof. Simon de Vries. “Wij vertragen het proces en we willen de posities van alle atomen van het eiwit gaan bekijken. Dan kunnen we echte driedimensionale films gaan maken.”
Over ongeveer een jaar hoopt Cherepanov een filmpje te hebben van het onmiddellijke reactiecentrum en weer vijf jaar later van de wijdere omgeving. Wat dat betreft is de publicatie in het wetenschapsblad PNAS (19 juni 2008) niet meer dan een ‘proof of principle‘. Bovendien zijn er alleen al in het menselijke lichaam meer dan tienduizend verschillende enzymen actief, dus kan er een hele videotheek aan enzymacties gevuld worden. Cherepanov: “Vijftig jaar geleden werd voor het eerst de structuur van een eiwit ontrafeld met röntgenstralen, nu kunnen we gaan zien hoe ze werken.”
Het enzym DNA-ligase nadert een breuk in de DNA-helix. (Illustratie: Alexey Cherepanov)
Comments are closed.