Het DNA in een cel is zo georganiseerd dat het goed past binnen de kleine omvang van een cel. De organisatie ervan vergemakkelijkt ook de gemakkelijke scheiding van de juiste chromosomen tijdens de celdeling. De mate waarin het DNA strak is gewikkeld, kan ook van invloed zijn op welke genen worden in- of uitgeschakeld, door het vermogen van bepaalde eiwitten om aan het DNA te binden, te beïnvloeden.
In dit bericht gaan we de details van elk van deze effecten van strak verpakt DNA bespreken.
Structuur van DNA
DNA is een groot complex, samengesteld uit verschillende bouwstenen die bekend staan als nucleotiden. Deze nucleotiden binden aan elkaar om strengen DNA te vormen. Deze strengen kunnen dan paren op basis van complementaire sequenties van de nucleotiden. De paring van deze strengen vormt een zogenaamde dubbele helixstructuur.
De dubbele helix van DNA wordt dan gewikkeld rond bepaalde eiwitten die histonen worden genoemd. Hierdoor kan het DNA strakker worden ingepakt en dus minder ruimte innemen in de cel. Het DNA kan nog verder condenseren doordat de histonen dicht bij elkaar komen. Deze nog strakkere wikkeling van het DNA veroorzaakt de vorming van strak verpakte of gecondenseerde chromosomen.
Chromosoomcondensatie
Gedurende het grootste deel van het leven van een cel is het DNA slechts losjes om de histonen gewikkeld en bevindt het zich niet in de gecondenseerde chromosomale vorm. De strakkere omhulling, of verdichting, van de chromosomen vindt alleen plaats tijdens mitose, het proces van celdeling. Tijdens de mitose condenseren de chromosomen zodat elk chromosoom een afzonderlijke eenheid is.
Voorafgaand aan de mitose kopieert de cel zijn DNA zodat het twee exemplaren van elk chromosoom bevat. De chromosomen liggen tijdens de mitose in het midden van de cel, met de chromosomenparen naast elkaar. Wanneer de cel zich deelt, gaat er één kopie naar elk van de resulterende cellen.
Als de chromosomen niet goed op één lijn liggen, kunnen er ernstige genetische afwijkingen optreden, wat kan leiden tot de dood van de cel of kanker. Het condenseren van het DNA in dicht opeengepakte chromosomen maakt het proces van chromosoomuitlijning en -scheiding tijdens mitose efficiënter.
Hoe een gen wordt uitgedrukt
Genexpressie, of het proces waarbij een gen wordt aangezet en getranscribeerd, is een complex proces. Het omvat de binding van bepaalde eiwitten, bekend als transcriptiefactoren, aan het deel van het gen dat de expressie ervan reguleert. De meeste transcriptiefactoren bevorderen de expressie van een gen; sommige transcriptiefactoren voorkomen echter dat een gen tot expressie wordt gebracht, met andere woorden, het wordt uitgeschakeld.
Zodra een transcriptiefactor een gen aanzet, beweegt een eiwit genaamd RNA-polymerase langs het DNA en vormt een complementaire sequentie van RNA, dat dan eiwit wordt.
Effect op genexpressie
De manier waarop DNA is verpakt, kan de genexpressie beïnvloeden, of welke genen worden aangezet. Wanneer de chromosomen strak gecondenseerd zijn, is het DNA zeer strak gewikkeld, waardoor het moeilijk wordt voor transcriptiefactoren om aan het DNA te binden. Wanneer het DNA minder strak om de histonen is gewikkeld, kunnen de histonen zelf de genexpressie beïnvloeden.
Modificaties, zoals binding van fosfaatgroepen, kunnen optreden op de histonen en deze modificaties kunnen ervoor zorgen dat het DNA min of meer stevig aan de histonen bindt. Gebieden van het DNA die slechts losjes aan de histonen zijn gebonden, zijn beter toegankelijk voor transcriptiefactoren en RNA-polymerase, waardoor die genen gemakkelijker aan te zetten zijn. Wanneer het DNA echter steviger aan de histonen is gebonden, is het moeilijker voor transcriptie factoren en RNA-polymerase om aan het DNA te binden, waardoor het waarschijnlijker wordt dat die genen worden omgedraaid uit.