‘Telepathische’ genen herkennen overeenkomsten in elkaar
Genen hebben het vermogen om overeenkomsten in elkaar op afstand te herkennen, zonder dat eiwitten of andere biologische moleculen het proces helpen, volgens een opwindende nieuwe bevinding. Deze ontdekking zou kunnen verklaren hoe vergelijkbare genen elkaar vinden en samenkomen om belangrijke processen uit te voeren die betrokken zijn bij de evolutie van soorten.
Genen hebben het vermogen om overeenkomsten in elkaar op afstand te herkennen, zonder dat eiwitten of andere biologische moleculen het proces helpen, volgens nieuw onderzoek. Deze ontdekking zou kunnen verklaren hoe vergelijkbare genen elkaar vinden en samenkomen om belangrijke processen uit te voeren die betrokken zijn bij de evolutie van soorten.
Deze nieuwe studie toont aan dat genen – die delen zijn van dubbelstrengs DNA met een dubbele helixstructuur die een patroon van chemische basen bevat – andere genen kunnen herkennen met een vergelijkbaar patroon van chemische basen.
Dit vermogen om elkaar op te zoeken zou de sleutel kunnen zijn tot hoe genen elkaar identificeren en op elkaar afstemmen om het proces van ‘homologe recombinatie’ te beginnen – waarbij twee dubbele helix DNA-moleculen samenkomen, openbreken, een sectie van genetische informatie, en sluiten zich dan weer op.
Recombinatie is een belangrijk proces dat een sleutelrol speelt in evolutie en natuurlijke selectie, en is ook essentieel voor het vermogen van het lichaam om beschadigd DNA te herstellen. Tot nu toe wisten wetenschappers niet precies hoe geschikte genenparen elkaar vinden om dit proces te laten beginnen.
De auteurs van de nieuwe studie voerden een reeks experimenten uit om de theorie te testen, voor het eerst ontwikkeld in 2001 door twee leden van dit team, dat lange stukken identiek dubbelstrengs DNA elkaar alleen konden identificeren als resultaat van complementaire patronen van elektrische ladingen die ze allebei dragen. Ze wilden verifiëren dat dit inderdaad zou kunnen gebeuren zonder fysiek contact tussen de twee moleculen, of de faciliterende aanwezigheid van eiwitten.
Eerdere studies hebben gesuggereerd dat eiwitten betrokken zijn bij het herkenningsproces wanneer het plaatsvindt tussen korte DNA-strengen die slechts ongeveer 10 paar chemische basen hebben. Dit nieuwe onderzoek toont aan dat veel langere DNA-strengen met honderden paren chemische basen elkaar als een geheel lijken te herkennen zonder betrokkenheid van eiwitten. Volgens de theorie is dit herkenningsmechanisme sterker naarmate de genen langer zijn.
De onderzoekers observeerden het gedrag van fluorescent gelabelde DNA-moleculen in een zuivere oplossing. Ze ontdekten dat DNA-moleculen met identieke patronen van chemische basen ongeveer twee keer zoveel kans hadden om samen te komen dan DNA-moleculen met verschillende sequenties.
Professor Alexei Kornyshev van Imperial College London, een van de auteurs van het onderzoek, legt de betekenis van de resultaten van het team uit: “Het is heel opwindend om te zien hoe deze identieke DNA-moleculen elkaar in een menigte opzoeken, zonder enige hulp van buitenaf. Dit zou een drijvende kracht voor vergelijkbare genen om het complexe proces van recombinatie te beginnen zonder de hulp van eiwitten of andere biologische factoren. De experimentele resultaten van ons team lijken deze verwachtingen te ondersteunen.”
Het begrijpen van het precieze mechanisme van de primaire herkenningsfase van genetische recombinatie kan licht werpen op hoe recombinatiefouten in evolutie, natuurlijke selectie en DNA-herstel kunnen worden vermeden of geminimaliseerd. Dit is belangrijk omdat wordt aangenomen dat dergelijke fouten een aantal genetisch bepaalde ziekten veroorzaken, waaronder kankers en sommige vormen van de ziekte van Alzheimer, en ook bijdragen aan veroudering. Het begrijpen van dit mechanisme is ook essentieel voor het verfijnen van precieze kunstmatige recombinatietechnieken voor biotechnologieën en gentherapieën van de toekomst.
Het team werkt nu aan een reeks verdere experimenten om precies te bepalen hoe deze interacties werken, inclusief de voorspelde lengteafhankelijkheid. Daarnaast is verder onderzoek nodig om vast te stellen of deze interactie, ontdekt in een reageerbuis, plaatsvindt in de zeer complexe omgeving van een levende cel.
De studie is uitgevoerd door onderzoekers van Imperial College London en het National Institute of Health (NIH) in de VS. Het werk werd in het VK gefinancierd door de EPSRC en ondersteund door het NIH Institute of Child Health and Human Development.
Tijdschriftreferentie: Geoff S. Baldwin, Nicholas J. Brooks, Rebecca E. Robson, Aaron Wynveen, Arach Goldar, Sergey Leikin, John M. Seddon en Alexei A. Kornyshev. ‘DNA dubbele helices herkennen wederzijdse sequentiehomologie in een eiwitvrije omgeving’, Journal of Physical Chemistry B, 23 januari 2008.
