Keeping it togehter: DNA entrapment and release by cohesin

Abstract

Het lichaam bestaat uit miljoenen cellen, maar bijna geen één wordt zo oud als wij. Sommige cellen bestaan zelfs maar een paar dagen. Daarom is het belangrijk dat cellen delen, oftewel: uit één cel ontstaan nieuwe twee cellen. Een belangrijk onderdeel van deze deling is dat het DNA zonder fouten wordt verdubbeld en daarna eerlijk over de twee dochtercellen wordt verdeeld. DNA is aanwezig in elke cel en bevat alle genetische informatie. Om al deze informatie op te slaan is het DNA, als je het uit zou rollen, in totaal bijna twee meter lang. Als we inzoomen op het DNA dan zien we dat het verdeeld is in 46 pakketten, chromosomen genaamd. Als het programma voor deling wordt aangezet worden al deze 46 chromatiden eerst gekopieerd, en na de verdubbeling bij elkaar gehouden door cohesin. Vervolgens komen er aan de twee zuster-chromatiden een soort touwen (microtubuli). Microtubuli creëren dan een kracht waardoor de zuster-chromatiden elk één kant op worden getrokken. Echter zorgt cohesin ervoor dat dit gecontroleerd gebeurt. Want pas op het moment dat cohesin verwijderd is, is deze kracht sterk genoeg om de chromatiden daadwerkelijk uit elkaar te trekken. En rond elke set van chromatiden ontstaat vervolgens een nieuwe (dochter)cel met elk weer 46 chromosomen. Wanneer er een ongelijke verdeling van de chromosomen ontstaat, noemen we deze cel aneuploid. Kankercellen zijn vaak aneuploid. Ook de volgende delingen van de cel verloopt soms met fouten, waardoor het aantal chromosomen steeds varieert. Hierdoor zijn de cellen steeds verschillend, wat het lastig maakt om deze kankercellen met één soort therapie aan te vallen. Cohesin, de verbintenis tussen de zuster-chromatiden, is een ring-vormig complex. Het bestaat uit verschillende eiwitten waarvan de namen vaak in dit proefschrift gebruikt worden. De basis van de ring wordt gevormd door de eiwitten SMC1, SMC3 en SCC1. Verder kunnen Pds5 en SCC3 aan de ring binden. Daarnaast kan WAPL af en toe ook aan de ring binden wat tot gevolg heeft dat de ring zich opent. WAPL is de hoofdrolspeler van dit proefschrift. Zuster-chromatiden zitten over de volledige lengte aan elkaar vast door middel van cohesin. Op het moment dat de touwen connecties beginnen te maken met de chromatiden, verwijderd WAPL bijna alle ringen. Alleen heel gecentreerd in het midden worden ringen beschermt tegen WAPL. Als alle microtubuli goed vast zitten, dan knipt het eiwit Separase de laatste ringen kapot en kunnen de zuster-chromatiden beiden naar een andere kant. In hoofdstuk 2 beschrijven we wat er gebeurt als er geen WAPL aanwezig in de cel. De cohesin-ring kan zich dan niet openen en daardoor blijft elke ring die aan het DNA gebonden is vast zitten. Separase moet dan als de microtubuli goed vast zitten alle ringen kapot knippen. We zagen dat wanneer er geen WAPL aanwezig is in de cel, dat de zuster-chromatiden moeite hebben om uit elkaar te gaan, ondanks dat de touwen eraan trokken. Hierdoor ontstonden aneuploide cellen. In hoofdstuk 3 bespreken we deze bevinden en bediscussiëren we ze in het licht van de huidige literatuur. WAPL kan de ring openen, maar hoe werkt dat dan precies? Die vraag hebben we geprobeerd te beantwoorden in hoofdstuk 4. De ring heeft twee plekken met enzymatische activiteit. We hebben ontdekt dat maar een van deze twee nodig is om de ring te openen. Allereerst hebben we één activiteit uitgezet en vonden we dat de ring dan vast blijft zitten om het DNA. Als we er dan tevens voor zorgden dat cellen niet meer beschermt werden tegen WAPL activiteit, bleven de cellen leven. Dit in tegenstelling tot cellen die deze enzymatische activiteit nog wel hadden. Als we vervolgens de andere enzymatische activiteit uitzetten samen met de bescherming tegen WAPL, kon WAPL wel alle ringen van het DNA afhalen en dat was voor de cellen lethaal. Hiermee hebben we laten zien dat dus specifiek deze ene enzymatische activiteit nodig is voor de verwijdering van cohesin van het DNA. Cohesin houdt niet alleen de zuster-chromatiden bij elkaar, maar ook als de cel niet aan het delen is kan de ring om het DNA heen zitten. Dit is nodig om het DNA zo klein mogelijk op te vouwen, want die twee 130 & meter moet wel in elke cel passen. Daarnaast wordt er bij deze opvouwtechniek ook voor gezorgd dat specifieke delen van het DNA juist wel of niet elkaar raken. Dit laatste maakt het mogelijk om bepaalde processen in de cel aan of uit te zetten. Er zijn bijvoorbeeld andere processen nodig in darmcellen dan in hersencellen, en dus is er een andere manier van opvouwen in een darm- en hersencel. Sinds kort is het duidelijk dat cohesin betrokken is bij het opvouwen van cohesin, maar hoe cohesin dat doet was nog niet duidelijk. Er bestond al wel sinds 2001 een hypothese. Daarin werd gesteld dat de ring een lineair stuk DNA bindt en dat daarmee een kleine lus ontstaat. Als het DNA steeds verder door de ring gaat wordt de lus steeds groter. Als je dit op heel veel verschillende punten op het DNA doet, wordt het DNA steeds verder opgevouwen. Normaal gesproken is dit een dynamisch proces van ringen die op het DNA zitten en er weer afgaan door middel van WAPL. In hoofdstuk 5 hebben we gekeken wat er gebeurt als cohesin niet meer van het DNA afgaat. We zagen dat de lussen die gevormd worden langer worden in deze conditie en ook werden er andere processen aan en uitgezet. Dit duidt erop dat de hypothese uit 2001 inderdaad waar is. In hoofdstuk 6 hebben we gezocht naar factoren die de aanwezigheid van cohesin op het DNA veranderen en die daarmee invloed hebben op de chromosoomorganisatie. We hebben een paar eiwitcomplexen gevonden die nog niet eerder hiermee in verband waren gebracht. Komend onderzoek zal moeten uitwijzen op welke manier deze complexen cohesin beïnvloeden. Tenslotte bediscussiëren we in hoofdstuk 7 de bovenstaande resultaten, samen met de recente literatuur die daarbij belangrijk is.