Het pericentrische heterochromatine op het DNA-molecuul. (afb.: Molecular Systems Biology)
Duitse onderzoeksgroepen hebben op basis van computerberekeningen een wiskundig gemaakt van een epigenetisch netwerk. Epigenetica zou je kunnen zien als een ‘laag’ op het genoom dat er voor zorgt dat bepaalde genen gedeactiveerd worden. Inzicht in epigenetica zou aangrijpingspunten opleveren voor het bestrijden van ziektes en/of helpen om gerichter te zoeken naar geneesmiddelen.
“Epigenetica heeft onze kijk op hoe de genetische informatie wordt gebruikt fundamenteel veranderd”, zegt onderzoeker Karsten Rippe van het Duitse kankerinstituut. “Epigenetische veranderingen kunnen snel zijn en de celfunctie, omkeerbaar, wijzigen. Tegelijkertijd kunnen epigenetische patronen stabiel zijn en de celdeling overleven en zelfs worden doorgegeven aan een volgende generatie.” Hoe dat allemaal in zijn werk gaat is nogal complex. Honderden eiwitten in een cel zijn betrokken bij het ‘schrijven’, ‘wissen’ of lezen van zo’n 140 verschillende chemische veranderingen van histoneiwitten (histonen vormen de ‘verpakking’ van het DNA) en DNA. Althans zoveel zijn er tot nu toe gevonden. Het is dan ook een hele klus om uit te zoeken hoe de epigenetische regeling van de activiteit van een deel van de genen in het genoom in zijn werk gaat. De onderzoekers van het kankerinstituut hebben samen met die van de Ludwig-Maximilian-universiteit in München een gedegen studie gemaakt van ‘prototypisch’ epigenetisch netwerk (het zogeheten pericentrische heterochromatine oftewel PCH) van bindweefselcellen van muizen. Ze bekeken hoe bepaalde DNA-sequenties werden gedeactiveerd door de methylering van histonen en DNA. Het genoom zou onstabiel wordt als die sequenties actief zouden zijn en zo kanker bevorderen. Met behulp van ‘kaarten’ van epigenetische signalen en wisselwerkingen van eiwitten met DNA, ontwikkelden ze een wiskundig model voor deactivering van genen. “Het mechanisme dat we vonden heeft iets van de lus van een lasso waarmee vee gevangen wordt”, zegt medeonderzoekster Katharina Müller-Ott van het kankerinstituut. “Verschillende factoren binden het deactiveringsenzym stabiel aan bepaalde plaatsen op het DNA. Omdat DNA willekeurig beweegt en soms lussen vormt, raakt het enzym ook andere, nabijgelegen delen in het genoom, dat vervolgens ook uitgezet wordt.”
De onderzoekers beschreven dat proces heel precies, waardoor ze in staat zijn te voorspellen hoe deactivering werkt in reactie op verstoringen, zoals veranderingen in concentraties van eiwitten of in de activiteit van betrokken enzymen. De onderzoekers bij het Duitse kankerinstituut gaan nu kijken of ze dat wiskundige model verder kunnen uitbouwen om de epigenetica van leukemie (bloedkanker) te kunnen bestuderen. Verder willen ze bekijken of het mogelijk is op basis van epigenetische signalen te kunnen voorspellen of een behandeling zal aanslaan en hoe medicijnen het epigenetische programma beïnvloeden.
Bron: Eurekalert