Upptäckten kan leda till nya sätt att bekämpa cancer och sjukdomar associerade med åldrande, som ofta är resultatet av trasigt DNA.
Den överraskande förklaringen är att den stora majoriteten av DNA-brott härrör från en gemensam fysisk egenskap hos själva DNA.
"Inga kemiska förolämpningar behövs. Det är helt enkelt en konsekvens av DNA-molekylen", säger biofysikern H. Kim, ledare för studien som publicerades den 12 mars i tidskriften eLife.
År 1972 förutspådde en teoretisk fysiker vid namn David Bauer att när en enkelsträngad DNA-bubbla bildas i den dubbelsträngade helixen kan den deformera strukturen och få den att buckla. Denna bubbla bildas när DNA-molekylen, som liknar en vriden stege, bara har stegpinnarna, de platta DNA-molekylerna som kallas baser, och saknar sidoskenorna.
Kims team verifierade Bauers förutsägelse, vilket gav det första experimentella beviset på att DNA-bubblor kan bucklas. Dessa enkelsträngade bubblor kan uppstå naturligt genom termiska fluktuationer som stör dubbelhelixstrukturen. Teamet fann att när bubblornas storlek ökar, ökar sannolikheten att DNA spänns, vilket leder till kromosombrott.
"En bubbla bildas spontant, och om bubblan är tillräckligt stor spänns den", sa Kim. "Det finns inget sätt för en levande organism att förhindra dessa naturliga bubblor."
Eftersom en enkelsträngad bubbla kan förekomma var som helst i DNA-sekvensen, visade Kim och hans team att avbrotten som är förknippade med bubbelknäckningsmekanismen potentiellt kan inträffa var som helst i en kromosom. Denna mekanism för kromosominstabilitet kan också ge en förklaring till varför kromosomomläggningar är vanliga i vissa delar av kromosomerna. Detta fenomen ses i cancergenom och i genom associerade med sjukdomar som autism.
"Detta arbete representerar ett paradigmskifte i hur vi tänker kring kromosominstabilitet och potentiellt många sjukdomar som är förknippade med det", säger Kim, som är medlem av UC Berkeleys avdelning för molekylärbiologi och Helen Wills Neuroscience Institute.
