Vorming van een lus in een gesimuleerd deel van het genoom. Van links naar rechts zijn er nog meer transposons in het gebied opgenomen, weergegeven door bollen. Van boven naar beneden worden simulaties getoond waarin de lusvorming steeds duidelijker wordt. (afb: Lennart Hilger et al./Biophysical Journal/KIT)

Er zit meer beweging in ons genetisch materiaal dan je zou denken. Bijna de helft van het menselijk genoom bestaat uit transposons, springende genen. Ze ‘springen’ van de ene plaats naar de andere en zijn niet gelijkmatig verdeeld in het genoom, maar zitten vaak gebundeld in groepen. Onderzoekers van het KIT hebben nu ontdekt hoe deze groepsvorming plaatsvindt. Die wordt mogelijk gemaakt door de manier waarop het genetische materiaal zich ter plekke ontvouwt, denken de onderzoekers.
Een groot deel van het genoom bestaat uit zich herhalende sequenties, die transposons, dus. Ze zijn betrokken bij belangrijke processen zoals de vroege embryonale ontwikkeling en het bepalen welke genen door de cel worden gebruikt (de genexpressie).
Transposons kunnen van plaats in het genoom veranderen. Dat gaat niet willekeurig. DNA is geen losse draad is, maar een compact opgevouwen molecuul in de celkern, opgesloten in een structuur die chromatine heet. Sommige plekken zijn bijzonder dichtbevolkt en moeilijk bereikbaar. Andere zijn makkelijker bereik- en, dus, afleesbaar als ‘mal’ voor boodschapper-RNA.
Op basis van deze kennis hebben de onderzoekers rond Lennart Hilbert van het instituut van chemische en fyische systemen van het KIT nu een verklaring gevonden voor de groepsvorming van transposons. “Transposons kunnen het genoom op bepaalde punten ‘ontvouwen’, waardoor het toegankelijk wordt voor andere transposons”, legt Hilbert uit. “Dit creëert een positieve terugkoppelingslus: één transposon verslapt de lokale structuur van het DNA, en anderen volgen. Geïsoleerde sprongen worden groepslandingen.”

De onderzoekers ontwikkelden een rekenmodel die dit proces nabootst. In de simulatie ontvouwt het DNA zich stap voor stap met elk extra transposon dat wordt ingevoegd. De ‘aangetaste’ gebieden van het genoom breiden zich uit en er ontstaan ​​lussen in het genoom, waarin de nieuw ‘gelande’ transposons zich ophopen.

Verrassing

Hilbert c.s, werden nog verrast toen ze de mechanische eigenschappen van transposons tijdens de evolutie analyseerden (in hun rekenmodel, neem ik=as aan). De meeste van deze genelementen zijn nu inactief. Dat wil zeggen dat ze niet meer springen, maar de architectuur van het genoom in de loop van miljoenen jaren hebben veranderd. Hilbert: “We ontdekten dat transposons die op dat moment of relatief recent actief springen, bijzonder flexibel zijn.”
Hoe verder terug in de evolutionaire geschiedenis de fase van actief springen voor een transposon ligt, hoe minder flexibel de transposons worden. Deze onverwachte eigenschap suggereert dat transposons ‘getemd’ zijn in hun springvermogen.

Inzicht in het gedrag van transposons helpt onderzoekers begrijpen hoe DNA in de loop van miljoenen jaren is gevormd. De springende genen zijn ook relevant voor het begrijpen van het ontstaan ​​van bepaalde ziektes.
LINE-1-transposons zijn in dit opzicht bijzonder interessant. LINE-1-sequenties (afkorting voor: Long Interspersed Nuclear Element-1) zijn een familie van herhaalde DNA-sequenties die een groot deel van het menselijk genoom vormen. Ze kunnen tijdens de ontwikkeling van kanker opnieuw geactiveerd worden en dan weer gaan springen. Hun ongecontroleerde beweging in het genoom kan leiden tot kankerverwekkende mutaties.

Bron: idw-online.de