DNA structuur : revolutionaire ontwikkelingen
Citation for published version (APA):
Buck, H. M., Koole, L. H., & Genderen, van, M. H. P. (1986). DNA structuur : revolutionaire ontwikkelingen.
Chemisch Magazine, 49(december), 895, 897-.
Document status and date:
Gepubliceerd: 01/01/1986
Document Version:
Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record
Please check the document version of this publication:
• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be
important differences between the submitted version and the official published version of record. People
interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the
DOI to the publisher's website.
• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.
• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page
numbers.
Link to publication
General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.
If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:
www.tue.nl/taverne
Take down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us at:
openaccess@tue.nl
providing details and we will investigate your claim.
trends
wikkeling is het gebruik van synthetischeepitopen. Dit geldt met name voor Mab's gericht tegen produkten van nieuw geïso-leerde genen. Met behulp van recombi-nant-DNA technieken is het mogelijk om genen uit het zoogdier-genoom te cloneren en van die genen de nucleotide-volgorde te bepalen. Aannemende dat een genprodukt voorheen niet geïdentificeerd en/of geïso-leerd was, kan nu op basis van de nucleoti-de-volgorde een aminozuurvolgorde van het (mogelijke) produkt worden voor-speld. Korte peptiden (10-15 aminozuren) worden dan gesynthetiseerd aan de hand van een gerichte keuze uit de voorspelde volgorde. Deze korte peptiden (synthe-tische epitopen) dienen vervolgens voor het opwekken van Mab's. Op deze wijze is reeds een aantal Mab's tegen oncogenpro-dukten semaakt.
Voor hét aantonen van antigeen-antili-chaam-interacties wordt het antilichaam veelal voorzien van een label. Op het ge-bied van de immunoassavs saan de ontwik-k e l i n g e n s n e l . T e n o e m e í z - r ; n h e t in v o e r e n van fosforescentie-labels in de serolosie w a a r d o o r e e n s t e r k e v e r b e t e r i n g v a n d e s i s -naal-ruis verhouding en daarmeé van de gè-voeligheid kon worden verkregen en het steeds verder ontwikkelen van immuno-fluorescentietechnieken (labeline van anti-l i c h a m e n m . b . v . f anti-l u o r e s c e r e n d è m o l e c u -len) zowel in de microscopie als de flowcy-tometrie. Een nieuwe microscooo waarin het objectvlak afgetast wordt me( een laser-straal en waarmee zowel fluorescentie, fa-secontrast als reflectie informatie kan wor-den verkregen belooft wat dit betreft veel. De flowcytometrie waarbij cellen één voor één door een laserbundel worden gevoerd, werd verder en verder verfiind door het in-voeren van nieuwe fluorochromen. Mab's maken zo het in detail analvseren van zeeÍ complexe celmengsels mogêl ij t<.
E,lke handeling (conjugeren met een fluo-rescerende of radioactieve stof of met een enzym) die men met een Mab uitvoert leidt tot een zekere mate van denaturatie. Ge-tracht wordt daarom om hvbride antilicha-m e n t e c o n s l r u e r e n d i e m è t e é n a n t i g e e n -b i n d i n g s p l a a t s e e n g e w e n s t a n t i g e e n h e r -kennen èn met één bindingsplaats, bijvoor-beefd een enzym. Een variant op deze ge-dachte is het vervangen van de genetische informatie voor het constante sedeelte van h e t a n t i l i c h a a m d o o r e e n s e n c l a t c o d e e r t v o o r e e n e n z y m . D e z e o n t w i k k e l i n g e n z i e n er veelbelovend uit maar behoren zeker nog niet tot de routine.
Samenvattend is in 1986 goede vooruitgang geboekt met de technieken op Mab-terrein waardoor diagnostiek op moleculair niveau mogelijk is geworden.
Revolutionaire
ontwikkelingen
Dn.
n.u. sicx
is hoogleraar in de organi.sthe chemie aan de Technisthe Universiteit Eindhoven. Ziin onde r zoe ks ge b ie d omv at de lv s is ch -o rganis c he
en de bio-organi.schc t:hemic. Deze bijdrage werd samt'ngesteld met nedewerking van dr. ir.
1,.H. Koole cn ir. M.Í1.P. van (]enderen. die heiden ten nauwste bii het
D N A -s truc tuuro nder zoe k betrc k ken zij n.
OO z t Op her sebicd van her u".rR-srruc-t u u r o n d e r z o e k d o e n z i c h r e v o l u -tionaire ontwikkelingen voor. C o n c e n t r e e r t l e n a a n v a n k e l i j k d e s t r u c t u u r -s t u d i e -s z i c h o p d e r e c h r s h a n d i g e d u b b e l e helix (n DNA) van Watson en Crick (1), in de 70-er jaren is men zich meer gaan richten op de diverse secundaire structuren die het DNA kan aannemen. De ontdekkins van h e t l i n k s h a n d i g c z - r n n i n 1 9 7 9 i s h i e r w e l het meest markante voorbeeld van (2). De Z-structuur kan alleen uit het B-DNA se-v o r m d w o r d e n se-v o o r a l t e r n c r e n d e d 1 c . ó . ; , , duplex sequenties. Voor zowel de e als z structuren loopt de atoomvolgorde in de strengen in tegengestelde richtingen (anti-parallel) en zijn altijd complementaire ba-sen gekoppeld: adenine (e) met thymine (r) en guanine (c) rnet cytosine (c). De bio-logische betekenis van het z-DNA is nog vol-o p i n d i s c u s s i e . U i t r e c e n t o n d e r z o e k i s g e -b l e k e n . d a t p l a a t s e l i j k e v o r m i n g v a n z -fragmenten in oNe een negatieve supercoi-ling induceert, waardoor ontwinding van d e d u p l e x s l r u c t u u r t o t s t a n d g e b r a c h - t k a n worden (3). Bovendien heeft de ontdek-king van deze structuur veel onderzoek naar de moleculaire dynamica van de over-gang van rechtshandig naar linkshandig oNn geinitieerd (4-6).
In het huidige DNA structuuronderzoek richt de aandacht zich ook op duplexstruc-turen waarin afgeweken wordt van het principe van conr-plementaire basenparing.
Zo is vastgesteld, dat A-G en c-T mismat-ches gemakkelijk ingebouwd kunnen wor-den in g-oNn (7). Een zeer recente ontwik-keling vormt het onderzoek aan parallelle dubbele helixstructuren, waarin c-c of r-t basenparing optreedt. Zo is door Sarma ge-vonden, dat het hexanucleotide d(crcrcr) bij pH 3 een parallelle duplex vormt (8) doordat c wordt geprotoneerd (c.), waar-door stabiele C*-C basenparen worden ge-vormd. Het vermoeden bestaat. dat deze structuur ook voorkomt in de suoercoiled t o e s t a n d v a n p l a s m i d e n ( c i r c u l á i r e x t r a -chromosomaal oNa), waarin d(cr)" frag-menten zijn geïnserteerd. Het enzym S1 nu-clease, dat enkelstrengs oNn splitst, ver-toont een duidelijk verhoogde sensitiviteit voor deze plasmiden bij lage pH waarde. In onze groep is vastgesteld, dat het hexanu-cleotide d(rororoTol.l) (gesynthetiseerd m e ( b e h u l p v a n a u t o m a t i s c h e u n n s y n t h e -sizer) een rechtshandige duplex vormt, mits de fosfaatgroepen geneutraliseerd worden door methylering (9, 10). Uit de high resolution IH-NMR spectra (11) van de duplex blijkt dat de structuur symme-trisch en derhalve parallel is. Bij verhoging van de temperatuur treedt reversibel disso-ciatie ('smelten') op bij 64'C, zoals onder meer werd vastgesteld met uv
hyperchro-S *
* '
Rechts: Zij-aanzicht van de parallelle duplex van fosfaatgemethyleerd d(tototoToror). De structuur is hoogsymme-trisch en heeft een veel kleinere diameter (15 A) dan n-lNa (21 A). Per slag komen 8 ba-senparen voor, Links: uv hyperchromici-teitscurve. Duidelijk is de smeltovergang tussen 60 en 80 oC te zien. Het buigpunt in de curve correspondeert met 50Vo dissociatie van de duplex.
miciteitsmetingen. Bij deze techniek wordt gebruik gemaakt van het gegeven, dat de uv absorptie van de r-basen (bij 265 nm) sterk _toeneemt bij de smeltovergang. Te-vens,kon deze overgang gevolgd wórden m e t ' H - N M R , o m d a t d e r e s o n a n t i e s v a n d e iminoprotonen en de base-methylprotonen b i j d e s m e l t o v e r g a n g s t e r k n a a r - h o g e r v e l d
trends
verschuiven. De conformatie-analyse van d e z e s t r u c t u u r w o r d t o n m o g e l i j k g e m a a k t door het feit dat bij de methylering chirali-teit in de fosfaatgroepen wordt geïntrodu-ceerd. Daarom is gebruik gemaakt van het dinucleotide d(rnr) dat ook een duplex vormt na methyleren (smelttemperatuur 30 'C). De precieze conformatieanalyse
van de gevormde twee diastereomeren, die met HeLC van elkaar gescheiden werden, dien-de als basis voor het structuurmodien-del voor de duplex van het fosfaatgemethyleerd d(rororotnrnr), zoals in de Figuur is aange-geven.
Dit structuurmodel wordt ondersteund door molecular mechanics berekeninsen. F o s f a a t - g e m e t h y l e e r d e . n e u t r l l e n u c l é ï n e -zuren vormen ongetwijfeld een nieuwe uit-daging voor het DNA onderzoek. Mogelij-kerwijs kunnen dan deze systemen als pro-bes gebruikt worden om de functie van nu-cleïnezuren in de cel beter te bestuderen (12). Daarnaast kan dit type DNA ons be-langrijke nieuwe inzichten verschaffen in oNR-eiwit interacties en de site-herkenning d i e d a a r b i j p l a a t s v i n d t . N e u ( r a l i s a t i e v a ó de fosfaatgroep gebeurt dan niet door me-thylering, maar door elektrostatische asso-c i a l i e m e t e e n p o s i t i e v e a m i n o z u u r - s i l e . (1) J.D. Watson, F.H. Crick: Naturc 171 (1953) 737 Í 2 ) A . l t . - J . W r n g . G . J . Q u i g l c l . l - . J . K í ' l p n k . J . l
C r a w f o r d , J . H . v a n t s o o m . G . v a n d c r M a r e l . A . Rich: Naturc 282 (1979) -5740
(3) G. Fclscnfeld: Scicntiïic Amcrican 253 (1985) 4.1 ( 4 ) L . l l . K o o l e , E . J . L a n t e r s , H . M . B u c k : J . A n r . Clhem. Soc. 106 í198.1) 5,1-51 ( 5 ) S . C . H a r v c y : N u c l c i c A c i t l s R c s . l 1 ( 1 9 t t 3 ) ,1 t t 6 7 ( ó ) A . R i c h , A . N o r d h c i m , A . l t . - J . W a n s : A n n u . R c v . B i o r ' h c n t . 5 l { l 9 u 4 l 7 b l ( 7 ) O . K c n n a r d : J . B i o m o i . S r r u c r . D y n . 3 ( 1 9 u 3 ) 2 { 1 5 ( l l ) M . l l . S a r m a . G . G u p t a , R . l l . S a r m a : F E B S L c t -tcrs 205 í19tt6) 223 ( 9 ) L . f I . K o o l c , M . l l . P . v a n G e n d c r c n . t I . F r a n k c -n a , I l . M . J . K o c k c -n , J . A . K a -n t c r s , II . M . t s u c k : P r o c . K o n . N c d . A k a d . v a n W e t c n s c h . B 8 9 ( 1 9 8 6 ) 5 l ( 1 0 ) L . H . K o o l e , M . H . P . v a n G e n d e r c n . I I . M . B u c k : J . A m . C h c n t . S o c . in d r u k ( 1 1 ) G c m e t e n b i j 2 ( X ) e n 3 0 0 M l l z ( B r u k c r s p c c r r o m c l ( ' r s , L i r h o r a t ( ' r i u m r o , r r O r r l r n i s e h c C h e m i c -T U E ) c n 5 0 0 M l t z ( S O N - t r r i l i l i i r . K U N ) ( 1 2 ) K . K . C h a c k o , K . L i n d l e r . W . S a e n g c r : N u c l c i c A c i d s R c s . I I ( l 9 f i 3 ) 2 8 0 1
Sleutelrol voor
diffractietechnieken
***ru*\*
DR. E.J. MITTEMEIJERis volgend op zijn benoeming tot hoogleraar, sinds medio 198ó verantwoordelijk voor de sectie Flsische Chemie vutt de Vaste Stoí'van
hct LLtfutatorium v('or M(tLtdlkttndt vin de Technische Universiteit DelÍt. waar een accent
van onderzoek op 'oppervluktelagen en grensv Iakken' bestaat.
SCHEMATISCHE WI'ERGAVI] VAN EEN MULTILAAG opgebouwd uit een al-ternerende stapeling van Mo- en Si-subla-gen die ieder voor zich amorf zijn. Door d9 composilie-modulalie met periode z\ : 8A kan de multilaag opgevat worden als een ééndimensionaal kristal en in een (rónt-gen)diffractie-experiment met de geschetste configuratie (zie aangegeven stralengang) treedt een diffractiepiek op indien sinO : À/ 2^ [de (000) l "-orde satellietreflectie] waar-bij 0 de invalshoek en À de golflengte van de gebruikte (róntgen)straling voorstellen (fi-guur la)
À'
O O t t H e t o n d e r z o e k u a n d u n n e la s e n is d e l a : r t s ( e i r r e n i n e e n s t r o o m v e r -snelling teiechtge komen. E,en oor-zaak van fundamenteel wetenschappelijk karakter behelst de behoefte aan kennis over de gevolgen van heterogeniteit, zoals bijvoorbeeld teweeggebracht door verlo-pen ln concentratie en inwendige spannin-gen. voor de eigenschappen van een sys-teem. Daarnaast spelen impulsen vanuit 'de
praktijk'een grote rol: kwaliteitsverbe-tering van het oppervlak van werkstukken, zoals bijvoorbeeld verkregen door thermo-chemische oppervlaktebehandeling en in-herente eigenschappen van dunne lagen ge-associeerd met elektrische, magnetische en d i f f u s i e k a r u k t e r i s t i e k e n . E c h t e r . d e b e -schikbaarheid van krachtise analvse-in-s t r u m c n t e n . w a i l r m e e d e m i c r o s t r u c t u u r o o s t e c d s k l c i n c r e ( a t o m a i r e ) s c h a a l d o o r v o r s t kan worden, is van doorslaggevend belang. Een recent voorbeeld van de mogelijkhe-den gebomogelijkhe-den door toenemend oplossend vermogen verschaft het onderzoek aan oxi-dehuirlt'n op mctattlltgeringt'n waaraan sinds lang studie verricht wordt, mede ge-zien hun betekenis voor de corrosieweer-s t a n d . D e d u n n e ( e n k e l e ti e n t a l l e n Á n g -stróms dikke) oxidehuid die op aluminium kan ontstaan bij relatief lage (o.a. kamer-) temperatuur werd tot voor kort als geheel a m o r f , d . w . z . m e ( e e n m i n o [ m e e r r à e e l l o -z e r i l n g s c h i k k i n g v a n z u u r s t o f e n a l u m i -nlumatomen, beschouwd. Met een moder-ne transmissie-elektromoder-nenmicroscooo kon r r i e t a l l c e n v i r s t g e s t c l d u o r d e n d a l z e e r lo -RÓNTGENDIF.I.-RACT0GRAM (CuKa straling) van een multilaag, als geschetst in f i g u u r l a .
a. de (000) l"-orde satellietreflectie; b. de t000) 2"-orde satellietreflectie wordt niet aangetroffen, wat geweten kan worden aan een sinusvormige compositiemodulatie en/of variaties van A in de multilaag; c. reflecties van kristallijn Mo en Si treden niet op; de brede intensiteitsband bij ca. 42"20 is typisch voor de amorfe structuur van de sublagen (figuur lb)
(Loopstra, Sloof, De Keijser,
