Zandraket (Arabidopsis thaliana)
We hebben het al vaker over epigenetica gehad, het patroon van aan- en uitgeschakelde genen. Het patroon is vastgelegd in wat ook de histoncode wordt genoemd, een code ‘boven’ de code die is vastgelegd in het DNA. Groninger onderzoekers toonden onlangs aan dat die epigenetische eigenschappen bij een plantkje, de zandraket, worden overgeërfd. Onderzoekers van de universiteit van Indiana (VS) rond Craig Pikaard denken nu te weten hoe die epigenetische code bij dat plantje wordt doorgegeven naar het volgende geslacht.
De Amerikanen reppen van chemische signalen aan genen die als een soort geheugen dienen, net als eerder onderzoekers van Cold Spring Harbor vonden. Die signaalverbindingen ‘herinneren’ cellen er aan die genen uit te schakelen in een volgende generatie. In Groningen lijkt een groep rond Frank Johannes tot eenzelfde inzicht te zijn gekomen; ook aan de hand van proeven met de Arabidopsis (bekender als zandraket). Niets komt uit het niets, natuurlijk.
De onderzoekers van Cold Spring Harbor bekeken hoe de epigenetische kenmerken van cel op cel (bij celdeling) werd doorgegegeven. De ‘indianen’ van generatie op generatie. De chemische ‘vlaggen’ doen het werk. Dat zijn methyl- of ethyl-groepen. De mogelijkheid die vlaggen vast te zetten, noemt Pikaard de stille locusidentiteit. Daarmee kan een cel genen uitschakelen (het zwijgen opleggen) in een meerstapsproces dat RNA-gerichte DNA-methylering heet. Korte RNA-moleculen (zo’n 24 nucleotides lang) begeleiden methylgroepen naar de gemerkte plaatsen op het DNA om daar genen uit te schakelen. “Opmerkelijk is dat die stille locusidentiteit noodzakelijk is, maar losstaat van het eigenlijke uitschakelen van de genen”, zegt de onderzoeker. “We vonden dat de epigenetische overerving een tweestapsproces is, met eerst de bepaling van de stille locusidentiteit voordat de genen worden uitgeschakeld.”
De overerving van epigenetische eigenschappen is een tweetrapsproces
Volgens Pikaard werpt het onderzoek nieuw licht op de mechanismen die ten grondslag liggen aan de epigenetische overerving en helpt ook de rol van twee plantspecifieke eiwitten op te helderen, die bij het uitschakelen van genen betrokken zijn: de RNA-polymerases Pol IV en Pol V (door Pikaard in 1999 geïdentificeerd. Epigentica zou ook bij het ontstaan van kanker (die ziekte komt bijna bij elk medisch onderzoek om de hoek kijken, lijkt het wel).
Ze keken daarbij ook naar de relatie met het enzym histondeacetylase 6 (HDA6), dat acetylgroepen van histonen verwijdert en het enzymmethyltransferase (MET1) dat betrokken is bij de methylering (=uitschakelen) van genen, die beide ook een rol spelen bij het overerven van de epigenetische eigenschappen. “Het blijkt dat de epigenetische eigenschappen van generatie op generatie worden doorgegeven door HDA6 en MET!”, zegt Pikaard. “Dat is niet genoeg om de bewuste genen uit te schakelen, maar het zorgt dat het chromatine (histonen + DNA; as) waardoor de RNA-polymerases, de kleine RNA-moleculen en de RNA-gerichte DNA-methylering hun werk kunnen doen” Als de onderzoekers het DNA-methyleringsmechanisme verwijderden in, dan was de gendeactivering verdwenen, maar bleef de stille locusidentiteit (het epigenetische geheugen) bewaard. Als HDA6 en MET1 werden verwijderd, waarmee dat epigenetische geheugen wordt vastgelegd dan was dat geheugen weg en ook niet meer te herstellen.
De Groningse onderzoekers werkten ook met de in wetenschappelijke kringen zandraket. Franse onderzoekers hadden eerder genetisch identieke plantjes onder verschillende omstandigheden laten opgroeien. Dat levert verschillen op. Die verschillen zijn vastgelegd in het epigenetisch geheugen. De Groningers toonden aan dat die aangepaste eigenschappen dus erfelijk zijn. Het lijkt er op dat die Amerikanen een stukje verder zijn door de vinger te leggen op het achterliggende mechanisme. Overigens is het niet zo dat dat bij alle leven is. Het zou best zo kunnen zijn dat de zandraket uitzonderlijk is.
Bronnen: C2W, Eurekalert