Het verschil van 1 aminozuur (omcirkeld) bepaalt of een histon een gen actief houdt of dat dat gen is uit te schakelen.

Om het niet al te ingewikkeld te maken (moleculaire biologie is al lastig zat) hebben we het ook hier vaak over het ’tot expressie brengen’ van een gen, alsof het iets is als een knopje omdraaien. Het zit wat lastiger in elkaar. In cellen zijn allerlei genen aan- en uitgeschakeld, maar hoe gaat dat eigenlijk? Onderzoekers van het bekende Cold Spring Harbor-lab in Amerika hebben een tipje van de sluier opgelicht. Uiteindelijk is het allemaal scheikunde!
DNA bevat de code voor eiwitten, maar er is een tweede code die bepaalt of een gen ook actief is (tot expressie komt) en dat bijbehorende eiwit ook daadwerkelijk geproduceerd wordt. Laten we die twee code maar even de histoncode noemen. Wat oneerbiedig geformuleerd vormen de histonen het verpakkingsmateriaal van het DNA in de celkern.  De histonen zijn eiwitten die verbonden zijn met het DNA. De onderzoekers vonden dat een minimale verandering in een enkele histon grote gevolgen kan hebben voor de activiteit van genen.
Histonen hebben een belangrijke functie. Het, in ieder geval ons, genetisch materiaal is omvangrijk. Een DNA-molecuul is uitgerekt  zo’n twee meter lang en dat moet allemaal in die kleine celkern gepropt worden, een kern die met het blote het oog niet zichtbaar is. Dat betekent dat dat molecuul stevig moet worden opgewonden rond een soort eiwithaspels. Elk van die ‘haspels’ bestaat uit acht histonen. Er zijn miljoenen histonhaspels.
Histonen zijn gemerkt met chemische verbindingen zoals methylgroepen. De histoncode is dan het patroon van de gemerkte plaatsen over dat hele lange molecuul. In dit verband wordt ook wel over epigenetica gesproken, de ‘kaart’ van actieve en inactieve genen.
Er zijn vele histonsoorten met specifieke functies. Zo komt histon H3 in twee vormen voor: H3.1 en H3.3  (wat is er met 2?, denk je dan), die een aminozuur verschillen. Die vind je op diverse plaatsen rond het genoom. H3.1 is alleen te vinden bij inactieve genen, H3.3 bij actieve genen. Wetenschappers hebben zich lang het hoofd gebroken hoe dat nu zit.

Robert Martienssen van Cold Spring Harbor en Jean-François Couture van de universiteit van Ottawa denken nu (een stukje van) het mysterie opgelost te hebben. Ze ontdekten dat een verschil van een enkel aminozuur (eiwitten zijn opgebouwd uit aminozuren) met H3.1 histon H3.3 omtovert tot een soort geheugen, waarmee wordt aangegeven dat het bijbehorende gen actief moet blijven.
De onderzoekers vonden dat H3.1 kan worden veranderd met een methylgroep, terwijl dat bij H3.3. niet opgaat. “Het blijkt dat subtiele verschillen tussen de twee H3-varianten epigentisch opmerkelijke gevolgen heeft”, zegt Couture. Dat is vooral belangrijk als het DNA-molecuul voor de celdeling wordt gedupliceerd. Daar moeten ook de epigenetische kenmerken (gen-uit/gen-aan) worden overgenomen. In feite werkt de ‘gendemper’, die H3.1 methyleert, samen met de replicatiemachine. Omdat H3.3 chemisch niet veranderd kan worden, voorkomt het histon dat het gen wordt uitgeschakeld. Zo beschermen actieve genen zich tegen uitschakeling in opeenvolgende celdelingen.

Het onderzoek geeft ook enig inzicht in hoe genetisch materiaal gekopieerd wordt. Martienssen: “Replicatie en transcriptie worden geregeld door hetzelfde vaste histon. Deze fundamentele eigenschappen zijn vastgelegd in onze chromsomen.” Bij mij komt dan meteen de vraag op: betekent dat dan dat sommige genen nooit uitgeschakeld kunnen worden? Of anders gesteld: Hoe worden de genetische code en de histoncode aan elkaar geplakt en nog vele vragen meer. Het is normaal: vele ontdekkingen leiden alleen maar naar meer vragen.

Bron: Eurekalert