Verworven eigenschappen kunnen erfelijk zijn

bionieuws
7
3 oktober 2009 | jaargang 19
E VA JABLONK A PL E I T VOOR EEN RUIMERE BL IK OP E VOLUT IE
Verworven eigenschappen kunnen erfelijk zijn
EVOLUT IEBIOLOGIE
Door Willy van Strien
Steeds meer voorbeelden van
epigenetica komen boven tafel.
Tijd voor een nieuwe kijk op
evolutiebiologie, aldus
geneticus Eva Jablonka.
Eva Jablonka.
Vlasbekjes, algemene plantjes van duinen en
wegbermen, hebben tweezijdig symmetrische
bloemen. Meestal, tenminste. Soms groeit er
een exemplaar met andere, radiaal symmetrische bloemetjes. Een erfelijk verschil? Ja, want
veel nakomelingen van zo’n vreemde plant
hebben ook de afwijkende bloemvorm. Een
genetisch verschil dus? Nee, want planten met
gewone en tweezijdige bloemen hebben
dezelfde genen met dezelfde DNA-sequentie.
De bloemvorm van het vlasbekje is een van de
vele voorbeelden waarmee Eva Jablonka illustreert dat er naast genetische variaties ook
epigenetische variaties bestaan: variaties die
niet op verschillen in DNA-sequenties berusten. Sommige ervan zijn erfelijk. ‘De hoogste
tijd om ruimer te gaan denken over erfelijkheid en evolutie. Epigenetica krijgt steeds meer
aandacht in de wetenschap – maar te weinig
van evolutiebiologen’, zegt ze.
Jablonka sprak op 18 september in Amsterdam
tijdens het epigenetica-symposium ‘Revolution
in Evolution?’, uit de reeks Current Themes in
maar betwijfelden of zulke informatie overerft. Want een bevruchte eicel moet zich juist
niet differentiëren, maar alle kanten op kunnen. En als een epigenetische variatie al erfelijk is, hoe lang blijft die dan stabiel? Alleen als
dat over meerdere generaties is, wordt het uit
evolutionair oogpunt interessant. Voorbeelden
daarvan, zoals het vlasbekje, waren tot voor
kort op de vingers van één hand te tellen.
Epigenetische erfelijkheid viel vooral moeilijk
omdat het via de achterdeur het afgezworen
Lamarckisme weer binnenlaat. Veel erfelijke
epimutaties ontstaan namelijk als vaste res-
Hier erven eigenschappen
over die door een omgevingsfactor
zijn uitgelokt
‘Epigenetica krijgt steeds meer
aandacht in de wetenschap – maar
te weinig van evolutiebiologen’
Foto:’s Innes Centre
Ecology. Ze is van huis uit geneticus en werkt
als theoretisch bioloog aan het Cohn Institute
for the History and Philosophy of Science and
Ideas aan de universiteit van Tel Aviv in Israël.
De huidige interpretatie van Darwins evolutietheorie is Jablonka te beperkt. Waar Darwin
noodgedwongen vaag was over de basis van
erfelijkheid, hebben biologen dat ingevuld na
de ontdekking van DNA. Erfelijk werd synoniem met genetisch, variaties werden genetische variaties en evolutie werd gezien als de
verschuiving van genfrequenties in een populatie. Een logisch verhaal. Want hoe zouden
eicellen en zaadcellen andere erfelijke informatie kunnen doorgeven dan een set genen?
Maar in 1975 kwam de ontdekking dat methylgroepen zich aan het DNA kunnen hechten en
zo de transcriptie van de onderliggende genen
blokkeren. Bij de DNA-replicatie voor een celdeling, zo bleek ook, kunnen dochtercellen het
methyleringspatroon van de oudercel overnemen. Het was een belangrijke ontdekking voor
de ontwikkelingsbiologie, want methylering
speelt een rol bij de differentiatie van cellen
tot verschillende celtypen.
Jablonka redeneerde verder. Zouden ook eicellen en zaadcellen een methyleringspatroon
kunnen meekrijgen? Werd zo’n patroon misschien over meerdere generaties gehandhaafd?
Kon zoiets de verklaring zijn voor vreemde,
niet-Mendeliaanse overerving? Samen met collega Marion Lamb, geneticus aan de universi-
teit van Tel Aviv, zocht ze in de literatuur naar
voorbeelden. Het vlasbekje is er een van. De
radiaal symmetrische bloemvorm ontstaat
door methylering van het Lcyc-gen, en die
methylering gaat meerdere generaties mee.
Soms duikt opeens de tweezijdig symmetrische bloem weer op.
Trucjes
Cellen bleken meer trucjes te hebben waarmee
ze genexpressie beïnvloeden. DNA-stukken
kunnen ook op andere manieren gemarkeerd
worden dan met methylgroepen. En men ontdekte korte RNA-ketens die zich op verschillende manieren met de aflezing en vertaling
van genen bemoeien; sommige binden aan het
DNA, andere remmen de vertaling van boodschapper-RNA tot eiwit. Bij een celdeling erven
de dochtercellen zulke korte RNA-ketens, en
weer stelden Jablonka en Lamb de vraag of ook
Vlasbekjes met linksonder de radiaal
symmetrische bloemvorm die door
epigenetische variatie ontstaat.
deze epigenetische informatie via eicellen en
zaadcellen aan een volgende generatie kan
worden doorgegeven.
‘In de medische wetenschap werd epigenetica
een hype’, zegt Jablonka. In veel tumorcellen
zijn tumor-onderdrukkende genen lamgelegd
door een afwijkend methyleringspatroon dat
bij de celdeling in stand blijft. Een vorm van
dikkedarmkanker gaat bijvoorbeeld gepaard
met methylering van het gen MLH1, en er is
een geval bekend dat een zoon deze ‘epimutatie’ van zijn moeder erfde; in zijn zaadcellen
was het gen weer in zijn normale staat. Ook
veel stofwisselingsziekten hangen samen met
een bepaald methyleringspatroon.
Er kwamen steeds meer voorbeelden van epigenetische variaties boven tafel. Maar evolutiebiologen reageerden sceptisch en terughoudend.
Ze erkenden het belang van epigenetische
informatie voor de differentiatie van cellen,
pons op een verandering in de omgeving. Als
vrouwelijke ratten bijvoorbeeld tijdens de
zwangerschap blootstaan aan een hoge dosis
vinclozoline, een schimmeldodend middel dat
men in wijngaarden gebruikt, dan hebben hun
zoons, kleinzoons én achterkleinzoons een
reeks kwalen, waaronder afwijkende testes en
verminderde vruchtbaarheid. De aandoeningen hangen samen met een afwijkend methyleringspatroon dat via zaadcellen wordt doorgegeven. Hier erven dus eigenschappen over
die door een omgevingsfactor zijn uitgelokt,
en dat vloekt met de diepste overtuigingen van
evolutiebiologen.
Scepsis
‘Die hardnekkige scepsis en terughoudendheid noodzaakten me om alles bijeen te zoeken
wat bekend is van epigenetische variaties die
overerven van generatie op generatie’, vertelt
Jablonka. Dat deed ze samen met Gal Raz, een
promovendus aan de universiteit van Tel Aviv,
in een lang artikel dat deze zomer verscheen in
The Quarterly Review of Biology. ‘Het kostte ons
een jaar, maar ik ben achteraf blij dat ik het
gedaan heb, want ons verhaal is nu nog overtuigender.’
Slechts een klein deel van de inmiddels
bekende epigenetische variaties is overerfbaar.
Anderzijds, schrijven Jablonka en Raz, komen
epigenetische variaties voor bij alle organismen en in principe op alle plaatsen van het
genoom. Al is maar een klein deel erfelijk, dan
kunnen dat er nog veel zijn. Jablonka en Raz
denken daarom dat de ruim honderd voorbeelden van erfelijke epigenetische variaties die ze
verzamelden, nog maar het topje van de ijsberg
zijn. ‘Je kunt dit niet langer negeren. Het heeft
grote implicaties voor ons denken over erfelijkheid en evolutie’, benadrukt Jablonka onvermoeibaar.