Weesgenen vinden hun oorsprong in niet-coderend DNA

DNANieuwe genen ontstaan uit oude, is de laatste 40 jaar het idee. Je kunt ze via een soort stamboom terugvoeren naar de ‘stamvader’. Bij sommige genen lukt dat echter niet. Het probleem van die weesgenen heeft (sommige) genetici jarenlang beziggehouden. Pas de laatste twee jaar is daar ietsje meer klaarheid over gekomen. Veel van die wezen zouden hun oorsprong vinden in het niet-coderende DNA (het troep-DNA). Ooit werd dat voor onmogelijk gehouden, maar inmiddels zijn er genetici die denken dat dit vrij normaal is. Vorige maand presenteerde de Spaanse evolutionair bioloog Mar Albà op een bijeenkomst in Wenen een lijst van 600 mogelijk nieuwe genen bij de mens.

Het lijkt er op dat die ‘nieuwe’ genen een aanzienlijk deel uitmaken van ons erfgoed, maar hoeveel dat er zijn en wat ze doen is nog vrij duister. Het lijkt er zelfs op dat die nieuwe genen uiterst belangrijk zijn.  Als we van het genduplicatiemodel uitgaan dan zijn er duizenden genfamilies aan te wijzen. Dat model heeft zo zijn beperkingen. Genen zouden dan in overgrote meerderheid zijn ontstaan in het prille begin van het proces van het ontstaan van leven, zo’n 3,5 miljard jaar geleden. De vraag is dan waarom, bij zo’n beperkte gereedschapskist als waarvan het leven gebruik maakt, er zo’n grote verscheidenheid aan leven is ontstaan. Dat valt lastig te verklaren met het idee dat nieuw voorkomt uit oud.
De eerste barsten in het duplicatiemodel als verklaring voor het ontstaan van nieuwe genen, ontstonden in de jaren 90 toen het uitlezen van DNA zijn intrede deed. Bij de analyse van een gistgenoom bleek dat eenderde van de genen niet is te herleiden tot genen in andere organismes. Die ‘wezen’ zouden kunnen verwijzen naar organismes die nog niet ontdekt zijn, was de gedachte, maar naarmate er meer genomen werden uitgelezen werd die verklaring steeds minder houdbaar.
In 2006 vond David Begun van de universiteit van Californië in Davis het eerste bewijs dat nieuwe genen inderdaad hun oorsprong kunnen hebben in het troep-DNA. Bij fruitvliegjes vonden hij genen die slechts bij enkele exemplaren voorkwamen en die kennelijk niet afkomstig waren van hun ouders. Het probleem is dan hoe je van ’troep’ naar een functioneel gen komt. Dat zou zoiets zijn als het uitstrooien van scrabbleletters op een bord die vervolgens spontaan een lopende zin vormen. Het troep-DNA moet veranderingen ondergaan opdat dat wordt uitgelezen en ‘omgezet’ in een RNA-molecuul. Dat betekent dat zo’n stuk DNA een begin en een eind moet hebben. Daarbij moet het gen coderen voor iets nuttigs. Nieuwe genen zouden giftige producten kunnen opleveren of anderszins schadelijke eiwitten. “Eiwitten vouwen nogal eens verkeerd en veroorzaken daarmee ziektes”, zegt Joanna Masel van de universiteit van Arizona (VS). “Het is moeilijk in te zien hoe een nieuw eiwit, product van een willekeurige DNA-sequentie, niet voor problemen zal zorgen.” Ze houdt zich zelf met deze materie bezig. Een ander probleem bij de hypothese van Begun is dat het heel lastig is een nieuw gen te onderscheiden van een drastisch gemuteerd gen.
De Duitse bioloog Diethard Tautz van het Max Planck-instituut voor evolutiebiologie dacht dat er andere verklaringen moesten bestaan voor die weesgenen. Het zou, bijvoorbeeld, mogelijk zijn dat die nieuwe genen een herschikking waren van bestaande genen. De ontdekking van het Podelski-gen (Pldi, vernoemd naar de gelijknamige Duits/Pools voetballer) deed hem en zijn medestanders van gedachten veranderen. Het Pldi-gen komt voor bij muizen, ratten en mensen. Bij ratten en mensen is het gen niet actief. Bij muizen schijnt het gen belangrijk te zijn. Mannetjes zonder dat gen hebben trager sperma en kleinere zaadballen. De onderzoekers slaagden er in om dat gen te herleiden tot een stuk niet-coderend DNA. Tautz: “Toen dacht ik: ja, dat moet dan toch mogelijk zijn.”

Onderzoekers hebben nu een aantal nieuwe genen gevonden en beschreven, zoals een gistgen dat bepaalt of het gist zich geslachtelijk of ongeslachtelijk voortplant. Ook bij mensen zijn die weesgenen gevonden, maar hun functies zijn nog volslagen duister. Met behulp van allerlei nieuwe technieken hebben Albà en zijn medewerkers nu honderden nieuwe genen gevonden bij mensen en chimpansees. Van de 600 nieuwe mensen-genen die ze vonden is 80% nieuw in de zin dat ze niet eerder zijn geïdentificeerd. Het grote probleem is nu te achterhalen wat die genen uitvreten. Dat schijnt erg lastig te zijn. Desalniettemin lijkt het er op dat die genen steeds belangrijker worden in het functionereen van een organisme. Eenvijfde van de nieuwe genen van fruitvliegjes lijkt verbonden met de pure overleving van het beestje. Bij mensen is ten minste een nieuw gen actief in de hersens, wat weer aanleiding geeft tot speculaties over de ontwikkeling van hersens bij mensen. Andere zijn verbonden met kanker.
De nieuwe genen zijn vaak kort en coderen (dus) voor kleine eiwitten. Die eiwitjes hebben ook een wat ordelozer structuur dan normaal. Daarmee zijn ze in staat met een breder scala aan moleculen te wisselwerken. Over hoe die eiwitjes werken is nog niet veel bekend vooral ook doordat ze bij onderzoek nogal eens buiten het blikveld vallen. “Je mist ze makkelijk”, zegt Begun. Zo hebben mensen een ESRG-gen. Een deel van de sequentie van dat gen is ook bij andere primaten gevonden, maar alleen actief bij mensen. Dat gen heeft bij mensen een belangrijke rol in de eerste embryonale ontwikkeling. Apen zijn echter prima in staat embryonale stamcellen te maken zonder dat gen. Rara hoe zit dat?
Onderzoek vult vaak geen witte vlekken op, maar maakt ons alleen maar bewuster dat er nog vele onontdekte witte vlekken zijn en hoe dieper we in de materie duikt hoe meer witte vlekken we ontdekken. Het is nog maar een kleine vijftien jaar geleden dat we dachten dat we met het ontcijferen van het genoom het ‘draaiboek’ van het leven in handen hadden. We weten nu wel beter.

Bron: Quanta

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.