Fruitvliegjes

Decennia lang beschouwden wetenschappers het genoom van een pas bevruchte eicel als een structureel ‘onbeschreven blad’, een ongeordende kluwen DNA die wacht tot het bevruchte ei ‘ontwaakt’ en zijn eigen genetische instructies gaat volgen. Nu schijnen Juanma Vaquerizas en collega’s te hebben ontdekt dat er al een verrassend niveau van structuur aanwezig is. Ze ontwikkelden een technologie, Pico-C, waarmee ze de ruimtelijke structuur van het genoom in ongekend detail konden bekijken.
Met behulp van deze techniek ontdekten ze dat ruim voordat het genoom volledig ontwaakt – een cruciale gebeurtenis die bekend staat als zygotische genoomactivering – er al een geavanceerd ruimtelijk raamwerk van DNA wordt opgebouwd. Inzicht in hoe DNA zich in de ruimte vouwt is belangrijk, omdat dit bepaalt welke genen tijdens de ontwikkeling kunnen worden geactiveerd. Dit helpt cellen goed te functioneren en voorkomt ontwikkelingsstoornissen en ziekten.
“We dachten altijd dat de tijd vóórdat het genoom ontwaakt een periode van chaos was”, zegt hoofdauteur Noura Maziak. “Door dichterbij te kijken dan ooit tevoren, zien we echter dat het eigenlijk een zeer gedisciplineerde bouwplaats is. Het raamwerk van het genoom wordt op een precieze, modulaire manier opgebouwd, lang voordat de ‘aan’-schakelaar volledig wordt omgezet.”
De ontdekking werd gedaan bij het (minuscule) fruitvliegje (Drosophila). In de eerste paar uur na de bevruchting ondergaat een embryo van het vliegje een snelle reeks celdelingen, waarbij duizenden cellen ontstaan. Dat maakt dat vliegje perfect voor het bestuderen van de grondbeginselen van de genetica.

Met behulp van hun ultragevoelige Pico-C-technologie brachten ze de 3d-structuur van het fruitvlieggenoom in kaart tijdens deze vroege ontwikkelingsstadia. Ze ontdekten dat de lussen en vouwen van DNA een modulaire logica volgen, waardoor verschillende signalen specifieke delen van het genoom kunnen reguleren. Het is een complex architectonisch programma dat ervoor zorgt dat de informatie die in het genoom is gecodeerd, klaar is voor gebruik op het moment dat het nodig is.

Pico-C

Naast het leveren van zeer gedetailleerde informatie over de vorm van DNA, vereist Pico-C slechts minuscule hoeveelheden monster (tien keer minder dan standaardmethoden). Dit opent de deur naar mogelijkheden om te bestuderen hoe DNA-vouwing de genregulatie beïnvloedt en de implicaties daarvan voor veel ziekten, in een veel gedetailleerder staat dan voorheen mogelijk was.
Hoewel de ‘blauwdruk’ van deze architectuur werd ontdekt in fruitvliegjes, is die direct van toepassing op de mens. In een verwante studie onder leiding van Ulrike Kutay en haar medewerkers aan de ETH Zürich in Zwitserland, is dit systeem gebruikt voor bestudering van menselijke cellen.

Kutay en de haren onderzochten wat er gebeurt wanneer de ‘ankers’, die deze ruimtelijkestructuur op zijn plaats houden, worden verwijderd. De resultaten waren opvallend. Wanneer de architectuur instort, interpreteert de menselijke cel de structurele fout ten onrechte als een virusaanval. Dit activeert het aangeboren afweersysteem van de cel, wat een vals alarm veroorzaakt dat kan leiden tot ontsteking en ziekte.
Vaquerizas: “Deze twee studies vertellen een compleet verhaal. De eerste laat ons zien hoe de 3d-structuur van het genoom zorgvuldig wordt opgebouwd aan het begin van het leven. De tweede laat ons de desastreuze gevolgen voor de menselijke gezondheid zien als die structuur instort.”

Bron: phys.org