Haar onderzoek speelt zich af op de grensvlakken tussen de natuurkunde, scheikunde en biologie. Hoogleraar moleculaire biofysica Nynke Dekker is internationaal vermaard vanwege haar vooruitstrevende onderzoek naar interacties tussen individuele eiwitten en DNA- en RNA-moleculen én de geavanceerde technieken die ze ontwikkelde om deze interacties zichtbaar te maken. Collega’s noemen haar ambitieus, grondig, inhoudelijk gedreven en onverzadigbaar leergierig.

‘Toen Nynke me rond 2014 vroeg of ze een sabbatical in mijn lab mocht doen, hadden we elkaar nog nooit ontmoet’, vertelt John Diffley, hoogleraar aan het Francis Crick Institute in Londen. ‘Natuurlijk wist ik wie ze was – ze heeft immers bijzonder belangrijke bijdragen geleverd aan de biofysica. Ze wilde een nieuwe richting inslaan met haar onderzoek, en wilde meer leren over het DNA-kopieersysteem dat wij in ons biochemisch lab hadden opgezet.

Vaak trekken bezoekers zich tijdens zo’n sabbatical terug in hun kamertje om mails te beantwoorden en komen ze vooral om van het uitgaansleven te genieten. Nynke kwam echter elke dag naar het lab om te leren hoe je de verschillende eiwitten moet zuiveren en hoe je kopieerreacties kunt doen. Nu gebruikt ze diezelfde soort reacties in haar eigen lab om op molecuulniveau te bestuderen hoe DNA-replicatie werkt.’

Diffley’s anekdote is kenmerkend voor de kersverse Spinozawinnaar. ‘Nynke wordt gedreven door inhoudelijke vragen,’ zegt collega-Spinozalaureaat Marileen Dogterom, afdelingsvoorzitter Bionanoscience aan de Technische Universiteit Delft. ‘Ze zoekt actief naar nieuwe onderwerpen waarin ze de diepte kan opzoeken. Haar verblijf in Engeland is een daar een goed voorbeeld van. Zij heeft daarmee heel gericht haar onderzoek verlegd van interacties tussen een enkel eiwit met een enkel DNA- of RNA-molecuul naar experimenten met complexere systemen die uit wel twintig eiwitten bestaan. Ze leest zich in, doet zo’n sabbatical, leert nieuwe dingen, en komt dan met een gedecideerd plan.’

Terug naar meer biologisch onderzoek

‘Ik had me een aantal jaar gericht op de ontwikkeling van nieuwe technologieën, en wilde weer terug naar meer biologisch onderzoek,’ vertelt Dekker over dat besluit. De biofysica wilde zich gaan richten op DNA-replicatie in eukaryotische systemen – systemen waarin de cellen celkernen bevatten. De groep van John Diffley verschafte haar de daarvoor benodigde kennis. ‘Ik ben daar samen met mijn analist heengegaan om te leren hoe je de voor de replicatie benodigde twintig verschillende eiwitten moet zuiveren,’ vertelt Dekker. ‘Of eigenlijk was ik meer zijn assistent, en heb ik vooral geleerd hoeveel geduld je nodig hebt bij dat zuiveren.’

Nynke Dekker studeerde natuurkunde en toegepaste wiskunde aan de universiteit van Yale en promoveerde aan de universiteit van Harvard op de magnetische manipulatie van cesiumatomen op een chip. Daarna wilde ze haar bakens verzetten. ‘Hoewel ik atoomfysica best interessant vond, was het mij te voorspelbaar. Je kon heel netjes uitrekenen wat er zou moeten gebeuren. Vervolgens was je jaren bezig met experimenten, alleen om te komen tot een uitkomst die helemaal niet verrassend was. In die tijd was er heel veel gaande in de biologie. Het was de tijd van het humaan genoom project, DNA-sequentietechnieken waren sterk in opkomst. En biofysica is deels in praktische zin niet zoveel anders dan atoomfysica. Je gebruikt net zo goed lasers, spiegeltjes en magneetvelden. Je bestudeert alleen een ander systeem.’

‘Af en toe het hoofd leeg maken door fysieke activiteit helpt mijn gemoedstoestand’, zegt Nynke Dekker. ‘Omdat ik voor mijn woon-werkverkeer tussen Leiden en Delft pendel, los ik dit in praktische zin op door de afstand per racefiets af te leggen.’

Trekken en draaien aan DNA-moleculen

Voordat ze zich in dit nieuwe vakgebied stortte, bezocht ze een aantal veelbelovende groepen in dit jonge veld. Uiteindelijk liet ze haar oog vallen op de groep van David Bensimon aan het École Normale Supérieure de Paris. ‘Nynke nam contact met ons op en vroeg of er een postdocpositie beschikbaar was. Ze had ervaring met magnetische manipulatie van objecten en wij hadden toen net een magnetisch pincet ontwikkeld waarmee we konden trekken en draaien aan DNA-moleculen. Toen ze bij ons kwam wist Nynke niets van biofysica of van magnetische pincetten, maar dat heeft ze zich heel snel eigen gemaakt. Later heeft ze in haar eigen groep die magnetische pincetten verbeterd, bijvoorbeeld door er ook mogelijkheden aan toe te voegen om het koppel (de kracht van de draaiing) te meten. Met deze technieken heeft ze prachtig werk gedaan, onder andere aan topoisomerase, een eiwit dat de vorm van het DNA-molecuul bepaalt. Ze heeft niet alleen laten zien hoe dat enzym kronkels uit het DNA haalt, maar ook hoe een bepaalde chemotherapie dit eiwit blokkeert en zo kankercellen doodt. Dat vind ik haar mooiste bijdrage: dat ze heeft laten zien hoe een medicijn werkt op moleculair niveau.’

Vakgebied vooruithelpen

Zelf noemt Dekker de door haar ontwikkelde nieuwe technologieën als haar wordt gevraagd waar ze het meest trots op is. ‘Onze magnetische pincetten worden door anderen overgenomen en gebruikt om nieuwe biologische waarnemingen te doen die de kennis echt vergroten.’ En hoewel ze met haar werk aan topoisomerase internationaal naam maakte, is ze misschien nog wel meer content met haar studies naar polymerase, het eiwit dat een cruciale rol speelt als een virus zijn RNA kopieert. ‘Het duurde wel vijf jaar voordat we dat werkend hadden’, zucht ze. ‘En het is altijd moeilijk geweest om financiering voor dat type onderzoek te krijgen. Daarom is het ook nooit een groot onderdeel geweest van mijn groep. Ik ben echter wel blij dat we het toch hebben doorgezet. We kunnen inmiddels heel snel antivirale remmers testen. En nu de wereld zo is veranderd door covid-19, kan dat nog wel eens van pas komen.’

Meer focus

Nadat ze zich een aantal jaar gericht had op de interacties tussen één eiwit met één molecuul DNA of RNA, vond ze dat toch niet meer zo bevredigend. ‘Binnen het veld waren we toch een tijdje een beetje van hot naar her aan het springen geweest. Ik miste de diepgang, en wilde me meer gaan focussen.’ Deze overpeinzing leidde tot haar sabbatical bij John Diffley, die weer resulteerde in een plan dat haar een ERC Advanced Grant van 2,5 miljoen euro opleverde. Hiermee onderzoekt ze sinds 2018 de replicatie van DNA in een zo natuurlijk mogelijke context. ‘Als een cel zich deelt, wordt een aantal eiwitcomplexen overgezet van de originele DNA-streng naar de dochterstrengen. Wij willen op moleculair niveau achterhalen welke van die zogeheten nucleosomen terechtkomen op welke streng, omdat de verdeling tussen oude en nieuwe nucleosoomcomplexen op de dochterstrengen de signaleringsfunctie van nucleosomen beïnvloedt.’

Met de Spinozapremie wil Dekker dit onderzoek een extra dimensie geven. ‘We kijken nu vooral naar de interacties tussen moleculen die ervoor zorgen dat het DNA gekopieerd wordt. In toekomstig onderzoek kunnen we bijvoorbeeld de link gaan leggen naar de reparatie van DNA-schade, of gaan kijken hoe verschillende componenten van de DNA-replicatiemachinerie elkaar beïnvloeden.’ Bensimon en Diffley hebben er hoge verwachtingen van: ‘We weten grofweg hoe DNA-replicatie werkt in bulkreacties, maar op moleculair niveau hebben we nog maar weinig kennis over de regulering en replicatie van ons erfelijk materiaal. Dat moleculaire begrip is een heilige graal in ons vakgebied en Nynke kan daar belangrijke stappen in zetten.’


Dit is een publicatie van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).