[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Cas3: een biologische hengel en versnipperaar in één

  • From: Jerwin de Graaf <J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
  • To: "pwc-media@xxxxxxxxxxxxx" <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Thu, 26 Apr 2018 16:05:15 +0000

[cid:image003.jpg@01D3DD89.1B4CEA80]Cas3: een biologische hengel en 
versnipperaar in één

CRISPR-Cas9 heeft gene editing een stuk eenvoudiger gemaakt, en gaat er op 
termijn voor zorgen dat we erfelijke ziekten uit ons DNA kunnen schrijven. Maar 
ondanks het feit dat we CRISPR-Cas9 en soortgelijke bacteriële immuunsystemen 
gebruiken als moleculair gereedschap, weten we nog steeds niet altijd hoe ze 
werken. Een openstaande vraag over het 'knipeiwit' Cas3 was tot nu toe 
bijvoorbeeld: op welke manier knipt het erfelijk materiaal? Trekt het DNA naar 
zich toe, of klampt het zich aan een streng vast en wandelt het daar vervolgens 
al knippend overheen? Onderzoekers van de TU Delft hebben nu het antwoord 
gevonden: Cas3 trekt DNA naar zich toe als een visser die zijn lijn binnenhaalt.

CRISPR-Cas9 staat wereldwijd in de belangstelling als gene editing-technologie. 
Maar wat niet iedereen weet, is dat er veel meer CRISPR-systemen zijn dan 
alleen de variant die gebruikmaakt van het Cas9-eiwit. En de één werkt net iets 
anders dan de ander. In plaats van een rechte knip maakt een eiwit bijvoorbeeld 
een gehoekte knip in het DNA, waardoor het materiaal dat onderzoekers in het 
genoom willen plakken er als een puzzelstukje op past. Dat vergroot de kans dat 
het DNA met succes wordt herschreven.

Je kunt de verschillende CRISPR-Cas systemen vergelijken met gereedschap. De 
ene klus zal om een schroevendraaier vragen, terwijl je voor de andere juist 
een hamer nodig hebt. En het goede nieuws is dat de gereedschapskist steeds 
voller wordt: onderzoekers vinden in de natuur nog altijd nieuwe 
CRISPR-systemen. De hoop is dat deze nieuwe vondsten er uiteindelijk voor gaan 
zorgen dat wetenschappers het DNA in alle mogelijke cellen kunnen aanpassen.

Papierversnipperaar
Dit specifieke onderzoek draaide om een relatief bekend en veelvoorkomend 
systeem: het zogeheten Cascade-complex. Dat is een eiwittenklomp die in de 
cytoplasma van de bacteriecel rondzweeft en daar DNA opspoort van virussen die 
proberen om de bacterie te infecteren. Op het moment dat het Cascade-complex 
virus-DNA tegenkomt, klampt het zich daaraan vast en geeft het een seintje aan 
het eiwit Cas3. Het Cascade-complex klapt dan open, waardoor Cas3 zich aan de 
eiwittenklomp kan vastgrijpen.

Vervolgens gaat het Cascadecomplex het virale DNA te lijf. Eerst ritst het 
zogenoemde helicase-domein van het Cascadecomplex het dubbelstrengs DNA uit 
elkaar. Vervolgens wordt het enkelstrengs DNA in het nuclease-domein, het 
Cas3-eiwit, geschoven. In het binnenste van het eiwit wordt het vijandige DNA 
dan aan flarden geknipt. "Je kunt Cas3 wel vergelijken met een biologische 
papierversnipperaar", stelt onderzoeksleider Luuk Loeff.

Fluorescent
De belangrijkste vraag in dit onderzoek was: hoe gaat het Cas3-eiwit precies te 
werk? Er waren twee kampen. De meest populaire hypothese was dat het eiwit zich 
weer loskoppelt van het Cascadecomplex op het moment dat het DNA aangeboden 
krijgt. Vervolgens zou het eiwit volgens deze theorie over het DNA gaan 
'lopen', waarbij het om de zoveel stapjes de DNA-streng zou doorknippen. Een 
andere, minder populaire theorie was dat Cas3 aan het Cascadecomplex blijft 
zitten en het DNA naar binnen trekt, als een visser die zijn lijn binnenhaalt.

Loeff en collega's  maakten bij hun onderzoek gebruik van zogeheten 
single-molecule-technieken, experimenten waarbij je de eigenschappen van een 
enkel molecuul bekijkt. Ze maakten DNA-moleculen fluorescent en observeerden op 
welke manier die fluorescentie tussen de moleculen werd overgedragen. 
"Fluorescente moleculen kun je zo gebruiken als een soort liniaal op de 
nanometerschaal", legt Loeff uit. "Het stelt je in staat om afstanden te meten 
van tussen de één en tien nanometer, en dat is hoe groot eiwitten zoals Cas3 
ongeveer zijn."
Beschermingsmechanisme
De metingen van het Delftse onderzoek wijzen erop dat Cas3 blijft zitten waar 
het zit en het DNA in kleine stapjes naar binnen trekt: het zogenoemde 
reeling-mechanisme. Wat de onderzoekers daarbij opviel was dat Cas3 vrij 
inefficiënt te werk gaat. Terwijl het eiwit viraal DNA naar binnen trekt, laat 
het namelijk ook vaak los, waardoor de DNA-streng een klein stukje terugschiet. 
Soms laat het eiwit een DNA-streng zelfs helemaal glippen.

Loeff was in eerste instantie verbaasd over de inefficiëntie van Cas3. Maar er 
is een logische verklaring. "Een bacteriecel bevat veel eigen DNA, ook 
enkelstrengs, en als bacterie wil je niet dat Cas3 dat materiaal per ongeluk 
ook kapot maakt", legt hij uit. "Door het DNA herhaaldelijk te laten glippen en 
dan weer naar binnen te trekken, zorgt de cel ervoor dat Cas3 op een 
gecontroleerde manier alleen vijandig DNA kapot knipt, en de cel dus niet 
onverhoopt zelfmoord pleegt. Het is een door de evolutie ontwikkeld 
beschermingsmechanisme."

Het onderzoek van Loeff uit de groep van Chirlmin Joo, in samenwerking met Stan 
Brouns, draagt bij aan de kennis die we hebben over de werking van 
CRISPR-Cas-systemen. De hoop is dat deze kennis er in de toekomst voor zorgt 
dat onderzoekers deze biologische mechanismen beter naar hun hand kunnen 
zetten, en zo nog efficiëntere en veiligere manieren van gene editing kunnen 
ontwikkelen.

****

Meer informatie:
"Repetitive DNA reeling by the Cascade-Cas3 complex in nucleotide unwinding 
steps", Luuk Loeff, Stan J. J. Brouns, Chirlmin Joo, Molecular Cell

Contact
Luuk Loeff
+31 (0)15 27 82015
L.Loeff@xxxxxxxxxx<mailto:L.Loeff@xxxxxxxxxx>

Jerwin de Graaf (Persvoorlichter TU Delft)
NB: niet beschikbaar van 30/4 t/m 13/5
+31 (0)15 27 81843
J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx<mailto:J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>

Zie ook: onderzoeksverhaal 'Sleutelen aan het 
Leven<https://www.tudelft.nl/tnw/onderzoek/in-de-spotlight/sleutelen-aan-het-leven/>'
 over Crispr-Cas9 (TU Delft)

U ontvangt dit bericht via de PWC-medialijst. U kunt zich afmelden via 
www.platformwetenschapscommunicatie.nl<file:///\\www.platformwetenschapscommunicatie.nl>.
Dit bericht is afkomstig van de TU Delft, Communication, Postbus 5, 2600 AA 
Delft, www.tudelft.nl<http://www.tudelft.nl/>.

JPEG image

JPEG image

Attachment: Virussen en bacterie.jpg
Description: Virussen en bacterie.jpg

Attachment: Cas3.gif
Description: Cas3.gif

Other related posts:

  • » [PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Cas3: een biologische hengel en versnipperaar in één - Jerwin de Graaf