Junk verklaart het f
advertisement
18 Sequencing C2W LIFE SCIENCES 17 - 4 oktober 2013 Junk Een vleesetend blaasjeskruid heeft bijna geen junk-DNA, terwijl bij lelie, maïs en mens het DNA grotendeels uit junk bestaat. Hoe kan dat? Marianne Heselmans H et vleesetende blaasjeskruid kan een vijver aardig overwoekeren. Deze Utricularia gibba met zijn felgele bloemen, heeft dus beslist geen moeite om zich staande te houden. Toch heeft deze waterplant, vergeleken met andere hogere organismen, een uitzonderlijk klein genoom (82.000 basen). Slechts 3 procent is ‘junk-DNA’ - DNA dat niet codeert voor een eiwit. Kennelijk heeft deze plant dus geen junk-DNA nodig om zo weelderig te bloeien. En dat terwijl we net gewend waren aan het idee dat junk-DNA zo belangrijk is voor die fijnregulering van genen. Bij de mens (zo’n 3 miljard basen) is 98 procent junk-DNA. Het internationaal consortium Enceclopedia of DNA Elements (ENCODE), dat nu 1 procent hiervan heeft onderzocht, meldde in november nog dat ‘80 procent van al het junk-DNA bij mensen een functie heeft.’ Tijd om de zaken op een rijtje te zetten. ‘Bacteriën zijn verder geëvolueerd’ Hoe belangrijk is junk-DNA? Het antwoord is ook voor bedrijven belangrijk. Als al dat niet coderende DNA toch niet zo belangrijk is, hoef je het ook niet te sequensen. Dealen Junk-DNA bestaat voornamelijk uit opgehoopte ‘rommel’: inactief gemaakte re- trovirussen en andere parasieten, gedegradeerde pseudogenen en ooit verkeerd overgeschreven stukken DNA. Elk organisme lijkt hier op een of andere manier mee te moeten ‘dealen’. Kevin Verstrepen onderzoekt op de KU Leuven junk-DNA bij gist. Volgens hem hangt het belang van de soort af. “Andere soorten zijn gewoon minder efficiënt dan blaasjeskruid in het eruit gooien van junk-DNA. In de loop van de evolutie kunnen die soorten dat opgehoopte DNA wel gaan gebruiken voor de fijnregulering, met als gevolg dat ze daar afhankelijk van worden.” Ronald Koes, die op de VU de genetica van petunia onderzoekt, ziet ook grote verschillen. Er zijn lelies die wel 100 tot 130 miljard basen aan DNA hebben - 35 keer zoveel als de mens en miljoen keer zoveel als de modelplant Arabidopsis Sequencing C2W LIFE SCIENCES 17 - 4 oktober 2013 19 verklaart het fenotype 1972 De Japanse geneticus Suzumu Ohno kwam in 1972 met de term ‘junk-DNA’. Hij bedoelde toen al het DNA tussen de genen en hun promotoren. Collega’s namen de term gretig over, want dat tussenliggende DNA leek toen inderdaad nergens voor te dienen. Maar die gedachte veranderde toen in 2001 bleek dat je in het menselijk genoom van 3 miljard basen maar 22.000 genen kon vinden. Zo vond men bij de mens wel vijfhonderd soorten transposons - stukjes DNA die zich willekeurig door het genoom verplaatsen. Zo’n transposon is bijvoorbeeld het Li-element (honderd­ duizend kopieën) en het Alu-element (500.000 tot 900.000 kopieën). Wanneer zulke stukken niet-coderend DNA nergens voor dienen, zou je verwachten dat ze al verdwenen zouden zijn. Sinds de ontdekking van het menselijk genoom gingen honderden genetici, nu grotendeels verenigd in het consortium Encode, het junk-DNA van de mens onderzoeken. Een van hun belangrijkste technieken is het sequensen van de RNA in allerlei cellen. Cellen zitten vol met allerlei kleine RNA’s, afkomstig van overgeschreven stukjes junk-DNA. Een andere techniek is het sequensen van die stukjes junk-DNA waaraan een genregulerend eiwit is gebonden, of een methylgroep dat DNA ‘stillegt’. Daar zou het een functie kunnen hebben. Encode heeft nu 1 procent van het menselijk DNA onderzocht. Zijn bewering dat ‘80 procent een functie heeft’, is gebaseerd op de bevinding dat zo’n groot deel van het onderzochte DNA betrokken bleek bij of de productie van RNA’s, of bij een binding aan een genregulerend eiwit of een methylgroep. Waarop critici deze interpretatie van functie te ruim vonden. Waarom is het junk-DNA bij mensen zo verschillend, is een veel gestelde vraag. “Veel bindingen en stukjes RNA van niet-coderend DNA kunnen inderdaad ruis zijn”, zegt Verstrepen. “Tijdelijke bindingen of per ongeluk afgeschreven stukjes. Weliswaar is bij de mens in­ middels van enkele tientallen stukjes non-coding RNA aangetoond dat ze zijn betrokken bij de fijnregulatie van een of meer genen. Maar RNA’s die geen effect hebben worden niet gepubliceerd, 1 procent van het menselijk DNA is onderzocht aangezien dit niet interessant is voor een wetenschappelijk tijdschrift.” De vraag is of die hele kleine effecten die je in het lab vindt ook in de natuur tegenkomt. Tandemherhalingen Tegelijkertijd heeft Verstrepen zelf ook functies van non-coding DNA aan­getoond, namelijk van tandemherhalingen waarbij bepaalde DNA-sequenties, bijvoorbeeld ATTC, steeds weer worden herhaald: ATTCATTCATTC…. Verstrepens groep ontdekte bijvoorbeeld dat een gen betrokken bij het samenklitten van gistcellen meer of minder efficiënt wordt wanneer het meer of minder van die repeterende stukjes erin heeft. Dat leidt dan tot grote, stevige gistklonten of juist tot het volledig ontbreken van klonten (bierbrouwers hebben liever grote gistklonten). Een vergelijkbaar fenomeen is beschreven bij een gen dat in honden is betrokken bij skeletvorming: het aantal herhalingen bepaalt hier mede de vorm van het skelet. Wat helpt te verklaren hoe de kleine Chihuahua’s zo kunnen verschillen van een Deense dog. Verstrepen verwacht dat wel meer fenotypische verschillen met junk-DNA kunnen worden verklaard. De groep van Ronald Koes vermoedt dat de bloemkleur mede wordt gereguleerd door repeterende stukjes DNA. Zijn groep onderzoekt nu hoe die herhalingen zijn betrokken bij de mate van methylering, en daarmee bij het stilleggen van die bloemkleurgenen. Kasten Het genoom lijkt dus inderdaad wel wat op de kast waarmee DNA-stuctuurontdekker James Watson het ooit eens heeft vergeleken: sommige mensen ruimen hun kast regelmatig op, want ze houden niet van rommel, anderen laten alles opstapelen zonder er veel mee te doen. Maar later blijken sommige opgestapelde spulletjes dan toch nog wel eens gebruikt te kunnen worden. Een volle kast heeft ook de tomaat. Het Topinstituut Tuinbouw brengt momenteel het genoom van 150 rassen brengt in kaart. Ideaal om dus te kijken welke invloed de huidige junk-kennis heeft bij nieuw te sequensen soorten. “Het tomatenconsortium brengt gewoon alle 780.000 basen van al die rassen in kaart”, vertelt onderzoeker Richard Finkers van Wageningen UR. Eerst de genen selecteren, zou namelijk veel duurder zijn. Wellicht dat het junkDNA bestuderen een volgende stap kan zijn. Finkers: “Maar nu hebben we nog geen idee of het een rol speelt.” | foto: enrique ibarra-laclette en claudia anahí pérez-torres (135.000 basen). De hoeveelheid genen bij lelies hebben is nog niet bekend, maar het is onwaarschijnlijk dat het er miljoen keer zoveel zijn als bij Arabidopsis (25.000 genen). Tegelijkertijd zijn de meeste bacteriën zo efficiënt dat ze helemaal geen junk hebben, genen overlappen elkaar zelfs. “Wat wel te verklaren is”, zegt Koes. “Bacteriën kenden veel meer generaties dan planten en dieren. Je zou dus kunnen stellen dat bacteriën juist verder zijn geëvolueerd dan planten en dieren omdat ze niet meer van dat rommel-DNA hebben.” Foto van een vangblaasje van het vleesetende blaasjeskruid.
