Wetenschappers vinden een spookcode verborgen in het menselijk genoom

Een internationaal team van wetenschappers heeft een familiegenoomsequenties vastgesteld die bekend staan als “transponeerbare elementen” en heeft ontdekt dat deze een cruciale rol spelen in de genexpressie.

Dit is wat u leert als u dit verhaal leest:

• Ongeveer 45 procent van het menselijk DNA bestaat uit transposable elements, of TEs – genetische overblijfselen van inmiddels uitgestorven virussen die wetenschappers ooit als ‘junk DNA’ beschouwden.
• Maar dat beeld verandert en uit een nieuw onderzoek, waarin TE’s werden gegroepeerd op basis van evolutionaire verwantschappen en het niveau van behoud, bleek dat één familie van sequenties, bekend als MER11, een rol speelt bij genexpressie.
• Bijna 80 jaar na hun eerste ontdekking ontdekken wetenschappers nog steeds nieuwe dingen over de belangrijke rol die TE’s spelen in de evolutie van primaten.

Sinds de Zwitserse arts Friedrich Miescher in 1869 voor het eerst DNA isoleerde , is de wetenschap een ongelooflijke weg ingeslagen op het gebied van genomische ontdekkingen. Een van de belangrijkste momenten in deze reis vond plaats in de jaren 40, toen cytogeneticus Barbara McClintock transposable elements (TE) ontdekte , ook wel bekend als “springende genen”. Tientallen jaren later ontdekte het Human Genome Project dat deze elementen maar liefst 45 procent van het menselijk genoom uitmaakten en zich dankzij een “kopieer-en-plak”-mechanisme miljoenen jaren lang konden vermenigvuldigen.

Omdat deze sequenties zeer repetitief en vrijwel identiek zijn, werden ze decennialang beschouwd als ‘ junk-DNA ‘ – genetische overblijfselen van lang uitgestorven virussen. Maar de laatste jaren is deze weinig vleiende kijk op deze sequenties aan het veranderen. Tegenwoordig geloven wetenschappers dat TE’s een rol spelen in de genoomfunctie, chromosoomevolutie, soortvorming en diversiteit. Door hun repetitieve karakter blijven TE’s echter moeilijk te onderzoeken.

Een nieuwe internationale studie heeft nu een nieuwe methode gevonden om deze mysterieuze sequenties te analyseren en verborgen patronen ontdekt die verantwoordelijk zijn voor genexpressie . De resultaten van de studie zijn gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances .

“Ons genoom is lang geleden in kaart gebracht, maar de functie van veel onderdelen ervan blijft onbekend”, aldus Fumitaka Inoue, medeauteur van de studie aan de Universiteit van Kyoto, in een persbericht . Het begrijpen van TE’s zou een van de grootste mysteries van het genoom oplossen.

Om TE’s beter te begrijpen, ontwikkelden de onderzoekers een nieuwe methode om ze te classificeren. Deze studie, waarbij standaard annotatietools werden vermeden, groepeerde TE’s op basis van zowel hun evolutionaire verwantschappen als hun conserveringskwaliteit in het primatengenoom . De nieuwe methode, die zich richtte op een familie van sequenties genaamd MER11, stelde wetenschappers in staat om de groep in subgroepen te verdelen, genaamd MER11_G1 tot en met G4. De G1-subgroep vertegenwoordigde de oudste evolutionaire sequenties, terwijl G4 de jongste bevatte.

Door MER11 door deze nieuwe lens te bekijken, konden onderzoekers deze nieuwe subfamilies vergelijken met epigenetische markers en ontdekten ze dat deze groepen een regulerende functie binnen het genoom leken te hebben. Met andere woorden, ze fungeerden als aan-uitschakelaars voor genexpressie, met name in de vroege menselijke ontwikkeling.

Natuurlijk is het één ding om een patroon af te leiden, en een ander om het in actie te zien. Daarom gebruikte het team een techniek genaamd “lentiviral massively parallel reporter assay”, of lentiMPRA, om 7000 MER11-sequenties te meten met behulp van menselijke stamcellen en zenuwcellen in een vroeg stadium. Dit toonde aan dat de jongste van de groep (MER11_G4) de sterkste impact had op de genexpressie. Volgens de studie maakt deze groep gebruik van regulerende “motieven” – korte stukjes DNA die de genontwikkeling en -respons beïnvloeden.

Door de evolutie van deze groep te volgen, hebben wetenschappers aangetoond dat DNA, oorspronkelijk geërfd van oude virussen, actief kan bijdragen aan de vorm en functie van primaten-DNA. Hoewel de zoektocht naar het menselijk genoom al meer dan 150 jaar duurt, heeft het nog steeds het opmerkelijke vermogen om ons bij elke stap te verrassen.

Bron