211service.com
Een elektronische aanwijzing in het mysterie van DNA-reparatie
Hier is een merkwaardige puzzel met DNA-moleculen. DNA wordt regelmatig beschadigd door gewone slijtage en de constante beving van ioniserende straling. Cellen beschikken echter over een buitengewone verzameling moleculaire machines zoals reparatie-enzymen die de defecten snel identificeren en repareren.
De puzzel is hoe ze het doen. Een idee is dat reparatie-enzymen gewoon lang genoeg rondzweven en uiteindelijk beschadigde gebieden vinden. Maar de cijfers kloppen gewoon niet. Genen zijn meestal tussen de 1000 en 1.000.000 basenparen lang. Daarentegen omvat een typische mutatie meestal slechts een handvol basenparen. Dat is gewoon te klein om te vinden met een willekeurige wandeling met enige betrouwbaarheid. Er moet een andere vorm van actieve locatiebepaling plaatsvinden.
Een theorie is dat mutaties de elektrische eigenschappen van een stuk DNA veranderen en dat dit een signaal creëert waarop reparatie-enzymen kunnen reageren, zoals elektriciens die een breuk in een circuit lokaliseren. Het probleem is dat DNA geen elektriciteit geleidt zoals een stroomkabel en dus is het niet duidelijk hoe dit zou werken.
Nu hebben Arkady Krokhin van de Universiteit van Noord-Texas en weinig vrienden bedacht hoe DNA het kan doen. De sleutel blijkt te zijn dat verschillende DNA-gebieden verschillende elektrische kenmerken hebben. De groep heeft vanuit de eerste principes berekend hoe de lading in verschillende regio's stroomt. Ze zeggen dat in exons - de informatiedragende delen van genen - het energiespectrum van het molecuul ervoor zorgt dat gedelokaliseerde elektronen bestaan. In deze gebieden kan lading stromen.
Het energiespectrum van de regio's die geen informatie dragen - de introns - laat echter geen gedelokaliseerde elektronen toe. Dus introns zijn in feite isolatoren.
Dat zorgt voor goed gedefinieerde gebieden in het DNA die elektronisch kunnen worden geïdentificeerd. Het betekent ook dat elke verandering in elektronische eigenschappen die door een mutatie wordt veroorzaakt, ook grotendeels wordt beperkt. Dat suggereert meteen een manier waarop reparatie-enzymen schade kunnen opvangen.
Natuurlijk is dit werk slechts een stap in de richting van een coherente theorie die DNA-reparatie verklaart (waarbij eigenlijk veel verschillende processen betrokken zijn).
Maar het mooie van deze benadering is dat het ook zou kunnen verklaren waarom sommige schade niet wordt hersteld, wat leidt tot celdood en zelfs kanker.
De gedachte is dat bepaalde mutaties minder elektrische veranderingen veroorzaken dan andere. Deze mutaties worden elektronisch gemaskeerd en blijven dus onopgemerkt door reparatie-enzymen. Er is zelfs experimenteel bewijs hiervoor van resistentiemetingen gedaan op DNA met kankerverwekkende mutaties.
Als deze theorie waar is, is een belangrijke vraag hoe het mogelijk is om de elektrische eigenschappen van DNA te benutten om in de toekomst kanker op te sporen en zelfs te voorkomen?
Referentie: arxiv.org/abs/0911.2953 : Inhomogeen DNA: Exons geleiden en introns isoleren