‘Springende genen’ (LINE1) veroorzaken breuken in het DNA (hier met groen aangegeven) (afb: Salk)

Alle cellen in ons lichaam hebben hetzelfde DNA, leren we op school. De laatste tijd is steeds meer bewijs gekomen dat die regel niet helemaal opgaat. Nu blijkt dat er bij hersencellen nogal wat variëteit is in het DNA. Elke hersencel is een beetje anders, stellen onderzoekers van, onder meer, het Amerikaanse Salk-instituut. Maken die ‘springende genen’ ons uniek? Of misschien wel ziek?

Een bron van dat veelvuldig afwijkende DNA zijn de zogeheten lange afwisselende kernelementen oftewel LINE1’s. Die kernelementen werden ook wel springende genen genoemd omdat die zichzelf kopiëren en elders in het genoom inbouwen. 44 tot 63% van de gezonde hersencellen hebben die springende genen. Het bleek de onderzoekers dat ze niet alleen iets toevoegen, maar ook zorgen voor de verdwijning van hele genen. Die kernelementen schijnen daarmee ook invloed te hebben op de activiteit van genen die wezenlijk zijn voor de ontwikkeling van de hersens.
“In 2013 ontdekten we dat verschillende hersencellen in hetzelfde brein verschilden in hun DNA”, zegt onderzoeker Fred Cage. “Dit onderzoek laat een nieuwe en verrassende vorm van variatie zien die ons helpt begrijpen welke rol LINE1’s spelen, niet alleen in het gezonde brein, maar ook een dat is aangedaan door schizofrenie of autisme.”
Al in 2005 ontdekte Gage c.s. LINE1’s als aanstichters voor de variëteit in de hersens. Pas toen het mogelijk was het DNA van een enkele cel uit te lezen werd duidelijk hoe groot die verscheidenheid was. Daaruit bleek dat grote brokken DNA worden ingevoegd of vernietigd.

In 2013 was niet duidelijk hoe dat in zijn werk gaat. Daardoor werd het ook lastig om de delen van DNA aan te wijzen die bij voorkeur werden veranderd. Ook was onduidelijk op de ‘springende genen’ daar iets mee te maken hebben.

Algoritme

De onderzoekers ontwikkelden een methode om de variëteiten in het DNA te onderkennen en schreven een algoritme waarmee met grotere nauwkeurigheid die veranderingen kunnen worden aangewezen. Bij stamcellen die zich ontwikkelden tot hersencellen, zagen ze dat de afwisselende kernelementen gevoelig zijn voor breuk. Dat komt doordat er een enzym dat actief is tijdens de differentiatie zich een weg door die LINE1’s heen knabbelt. Mensen erven sommige van die kernelementen van hun ouders en het enzym lijkt daar een voorkeur voor te hebben.
LIN1’s voegen niet alleen iets toe maar laten ook iets verdwijnen. Het is plakken en knippen. “Dat was het verrassende”, zegt medeonderzoekster Jennifer Erwin. “We dachten dat LINE1’s alleen iets toevoegde, maar ze laten ook delen verdwijnen. Dat betekent dat die kernelementen een grotere invloed hebben op het genoom dan aangenomen.”
Gage denkt dat die variëteit in cel-DNA goed is voor de hersens, aangezien zo’n beetje de helft van de hersencellen grote brokken DNA mist of erbij krijgt alleen al door de ‘springende genen’. Te veel van dat knip- en plakwerk zou ziektes kunnen veroorzaken, denkt hij. Recent bleek dat mensen met een zeldzame vorm van autisme (Rett-syndroom) veel LIN!-variëteit hebben dan normaal.

Schizofrenie

De onderzoekers keken naar een gen dat geassocieerd wordt met schizofrenie: DLG2. Door LINE1’s veroorzaakte veranderingen in dat gen veroorzaken veranderingen in de genactiviteit en hebben daardoor invloed op de rijping van de hersencellen. Ze willen nu ook gaan kijken wat die ‘springende genen’ bij andere genen aanrichten.

Bron: EurekAlertM