Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Retrotransposons in het embryo

In een onlangs verschenen onderzoek in Nature wordt beschreven hoe de methylatie van het DNA verloopt rondom de vorming van de bevruchte eicel of zygote. Methylatie van DNA is een mechanisme om genen te onderdrukken of juist tot expressie te laten komen wanneer methylatie ontbreekt. Dit wordt ook wel epigenetische silencing genoemd. Het heeft een belangrijke rol in de differentiatie van cellen. Elke cel in ons lichaam bevat het complete genoom, maar in een spiercel en een zenuwcel komen geheel andere genen tot uitdrukking. Dit hangt voor een belangrijk deel af van de mate waarin de genen gemethyleerd zijn.

Het blijkt nu dat er tijdens de vorming van het embryo verschillen zijn in de graad van methylatie. Deze is bijzonder laag rond de vorming van de blastocyst, het tweede meercellige stadium van het organisme (in dit geval van de muis), waarin de cellen pluripotent zijn oftewel differentieerbaar zijn in alle verschillende weefsels. Het DNA is een sequentie bestaand uit vier letters of basen: adenine, thymine, cytosine en guanine. De volgorde van deze letters vormen de code van het DNA. Bij methylatie wordt op een van de vier basen (op cytosine) een methylgroep aangebracht wanneer er een guanine op volgt ofwel op een CpG site.

van zygote tot blastocyst

Uit Wikipedia: van ei- en zaadcel tot blastocyst

Bij de vorming van het embryo zijn de eerste cellen niet gedifferentieerd; het eerste stadium van de morula bestaat uit totipotente stamcellen en in de blastocyst zijn de cellen pluripotent. In dat laatste stadium is de methylatie erg laag. De studie laat ook zien dat het vooral bepaalde retrotransposons of Transposable Elements (TE’s) zijn die een minimum aan methylatie bereiken in dit stadium. Deze genetische silencing onderdrukt normaal ook het verspringen van de retrotransposons. Het voorgaande blog bespreekt uitgebreid wat retrotransposons precies zijn. Ze springen door het genoom en kunnen midden in een gen belanden en het daardoor verstoren of zelfs kapot maken. Het is goed voorstelbaar dat de retrotransposons makkelijker zullen verspringen in deze ongemethyleerde vorm. Of dit ook werkelijk het geval is is niet onderzocht. Dit zou betekenen dat er een grote kans is op schadelijke mutaties in het genoom. Bijna 50 % van het genoom bestaat uit retrotransposons, dus eventuele inserties zullen daar weinig schade aanrichten, maar in ongeveer 25 % van het genoom, dat coderend is, zullen er problemen kunnen ontstaan. De vraag is dan hoe het mogelijk is dat deze retrotransposons zo slecht gemethyleerd zijn. Het gaat hier om specifieke retrotransposons namelijk L1’s. In het artikel wordt hier geen conclusie aan verbonden. Zou het kunnen dat hun gespring een specifieke en zelfs positieve rol heeft ?
In de reacties op het blog van Gert Korthof over de Alu retrotransposons wordt door Gert zelf geopperd dat sommige transcripten van transposons wel degelijk een (positieve) functie kunnen hebben en dat dat de rede is dat ons genoom er zo vol mee zit.

mozaicisme

Mozaicisme

De lage methylatie en het verspringen betekent niet alleen een toename van de kopieën, maar ook een toegenomen transcriptie. In het menselijk genoom betekent een verhoogde expressie van L1 een toename in inserties van Alu. Dit soort inserties hebben voornamelijk plaats in de blastocyst ofwel in de pluripotente cellen en niet in de geslachtscellen. Er vormt zich daardoor een groter mozaïek in de somatische cellen en er ontstaat mozaïcisme.

Wetenschappers vragen zich nu af of TE’s niet zelf een rol hebben in epigenetische silencing. Er wordt ook gedacht dat TE’s een drijvende kracht kunnen vormen achter evolutie omdat ze zorgen voor translocatie van seqeunties en omdat ze exons door elkaar kunnen schudden en de reparatie van dubbelstrengse breuken in het DNA kunnen bevorderen. Inserties en transposities kunnen regulerende genen beïnvloeden en zo het fenotype veranderen.

De capaciteit van transposons om genetische diversiteit te doen toenemen, samen met de mogelijkheid van het genoom om het grootste deel van de TE activiteit te onderdrukken, resulteert in een evenwicht dat transposons een rol toebedeelt in de evolutie en genoom regulatie in alle organismen die deze sequenties bezitten.

Uit Nature, Mol. Cell Biology, Scitable.

Met dank voor het artikel uit Nature aan Gert Korthof en voor de discussie aan alle reageerders op mijn voorgaande blogbericht.

29 Reacties op “Retrotransposons in het embryo

  1. harry pinxteren april 20, 2012 om 16:59

    marleen, wacht even
    in je vorige blog schreef je:
    “Van de L1′s bestaan er wel 500.000 in ons genoom, maar slechts 100 kopien zijn functioneel. Daarvan zijn er 6 die ‘hot L1′s’ worden genoemd aangezien ze verantwoordelijk zijn voor de meerderheid van de retrotransposities van L1′s.”

    Het gaat dus maar om een paar van die hotte ‘dingen? hoe moet je dat rijmen met:

    “Bijna 50 % van het genoom bestaat uit retrotransposons, dus eventuele inserties zullen daar weinig schade aanrichten, maar in ongeveer 25 % van het genoom, dat coderend is, zullen er problemen kunnen ontstaan”

    Bedoel je nou dat die hotte L1 echt overal heen springen, een kwart van het genoom kunnen verstoren, en zo mosaicisme kunnen veroorzaken?
    of vraag ik nu iets wat jij totaal niet begrijpt?

  2. Marleen april 20, 2012 om 17:19

    harry, het ligt ietsje subtieler. Ten eerste gaat het in de voorgaande review over 1 insertie per 20 of 200 geboorten, dus gaat dat over inserties in de geslachtscellen. Bovendien gaat het over de mens. In deze studie gaat het over het feit dat de methylatie vooral laag ligt tijdens de vorming van de blastocyst, dat geldt dus vooral de somatische cellen. (Ook al wordt in deze studie ook lage methylatie waargenomen in de zygote waarbij de inserties dus ook de geslachtscellen zou kunnen betreffen) en gaat het over de muis. Ik weet niet of ook daar zo relatief weinig ‘hot L1’s’ zijn.

    Op zich lijkt het me niet onmogelijk dat 6 L1’s veel kunnen springen. Ik, maar misschien wel niemand, weet hoe hoog de frquentie van inserties ligt afkomstig van één specifieke L1; hoe vaak vind er transcriptie plaats zodra een L1 niet meer gesilenced wordt. Het is ook van belang te weten dat de transcriptie van L1’s verhoogd kan worden (zoals Gert opperde) bij een lage methylatie en transcriptie (maar eigenlijk dus translatie) van L1’s verhoogt de transpositie van Alu’s omdat Alu’s afhankelijk zijn van de transcriptie van transposases van L1’s.

    Als dit gebeurt in de blastocyst dan krijg je dus mosaicisme.

    • harry pinxteren april 21, 2012 om 11:20

      marleen ik moet het even proberen te verteren: zware kost dit. Ik heb wel nog even gereageerd op je vorige blog: misschien een idee eens na te denken over een eventuele verdere discussie. Elders, want dat blog is al aardig vol. Succes! De relatie met jouw vak is er wel degelijk, lijkt me. Zie maar, ik hoor wel of je het interessant genoeg vindt, tijd hebt (ik kom tijd te kort om te lezen: je moet eens wat minder interessante blogs maken. En gert ook! bijvoorbeeld over memen in plaats van over genen) 🙂

    • Marleen april 21, 2012 om 11:37

      Harry, het is inderdaad lastige materie, ook omdat ik het zelf maar net begrijp. Er wordt veel voorkennis verondersteld.
      Bloggen is een heel tijdrovende bezigheid. Vooral als je zelf ook blogs schrijft. Je zegt dat er veel blogs bestaan over EP, maar ze zijn er vast niet in het Nederlands.

  3. gert korthof april 21, 2012 om 09:13

    Marleen, ik heb geen diepgaande kennis van het onderwerp epigenetica, methylering, en embryonale ontwikkeling, maar er was één zin in dat Nature artikel die mij opviel:
    “a general requirement for retrotransposon transcription for progression through cleavage”: requirement en transcription: dwz de transcriptie van een retrotransposon zou een noodzakelijke stap in de embryonale ontwikkeling zijn. Dan moet de promotor region van dat retrotransposon ook in tact zijn. Maar dat is iets van dat ene retrotransposon, en geldt niet voor alle, lijkt mij zo. Van de anderen kan de promotor region kapot zijn. De vraag is: wat doet dat ene transcript, en waarom is het noodzakelijk in de embryonale ontwikkeling?

  4. Aad Verbaast april 21, 2012 om 10:51

    Ik lees dit altijd met aandacht zoals je weet.
    Nu zit ik met een brede glimlach achter het scherm. Het gaat me nu echt te ver boven mijn pet!🙂

  5. gert korthof april 21, 2012 om 10:57

    marleen,
    deze zin was mij opgevallen in het Nature artikel:
    “a general requirement for retrotransposon transcription for progression through cleavage”
    dat vertaal ik als transcriptie van een retrotransposon is noodzakelijk voor de embryonale ontwikkeling.
    verder: als een retrotransposon transcriptie ondergaat dan moet de regulatory regions en promotor region van het ‘gen’ intact zijn. En dat geldt alleen voor dat individuele gen, niet voor alle retrotransposons (die misschien voor het grootste deel beschadigd zijn en dus niet aan transcriptie onderhevig zijn).
    x

  6. gert korthof april 21, 2012 om 11:01

    sorry marleen, ik zie nu bij het voor de tweede keer invoeren mijn oorspronkelijke comment toch verschenen is, het kan dus wel een uur duren! geduld is een schone zaak. meestal verschijnen commentaren op jouw blog onmiddellijk…. dus… het ligt dus niet aan bold html opmaak want dat heeft hij geaccepteerd.

  7. Marleen april 21, 2012 om 11:30

    Gert, je eerst reactie zat bij de spam, daar krijg ik dan ook geen bericht van. Ik zag het pas een uur later. Heel vervelend maar soms gebeurt dat. Je kunt er normaal van uitgaan dat reacties onmiddelijk verschijnen.

    Ik verdiep me pas sinds een week in (retro)transposons, dus het is voor mij ook nieuw.
    De zin die je eruit haalt is compleet: ‘Targeted depletion by antisense
    oligonucleotides of the L1Md_T class as well as certain LTRs suggests
    a general requirement for retrotransposon transcription for progression
    through cleavage48,49.’ Ik begrijp dat ze met anti-sense oligonucleotiden de transcriptie van retrotransposons ‘onderdrukt’ hebben.
    Ik begrijp niet goed waarom je refereert aan ‘dat ene gen’. Er kunnen wel tientallen L1’s zijn die transcriptie ondergaan en die dus een intacte promoter hebben. Waarom ze nodig zijn voor de cleavage fase weet ik niet. Het suggereert dat ze een specifieke functie hebben, maar daar wordt in het hele artikel niet over gesproken. Ik heb geen idee wat voor rol ze kunnen hebben en kan er ook niet over speculeren.
    Het enige dat ik weet is dat transcriptie van L1’s alle enzymen verschaffen die nodig zijn voor transpositie (endonuclease, transposase). Het Alu element, dat zelf niet codeert voor deze enzymen, gaat als gevolg van de activatie van L1 ook springen. Het gebruikt de enzymen van L1.
    Ik heb begrepen dat retrotransposons, als ze al ergens voor coderen, uitsluitend enzymen produceren die hun eigen springen bevorderen.

    • gert korthof april 22, 2012 om 12:16

      Marleen, als er ‘tientallen L1′s zijn die transcriptie ondergaan en die dus een intacte promoter hebben’ dan pleit dat toch alleen maar voor hun functionaliteit? volgens de regel dat dna dat niet functioneel is, degradeert. Ieder individueel transposon heeft toch een promotor region nodig om transcriptie te laten starten? En degradatie daarvan gebeurt toch op individuele basis?

  8. gert korthof april 22, 2012 om 12:28

    Marleen,
    ik was aan het grasduinen in introns (een boeiend onderwerp waar ik al vaak over blogde, maar nog steeds niet op uit gekeken ben) in zoogdieren en tot mijn verbazing kwam ik LINEs en SINEs midden in introns tegen! Zeer leuke vondst! Je bedenkt het niet van te voren, maar achteraf: waaroom niet? LINEs en SINEs integreren waar ze maar willen en introns zijn ideale plekken omdat ze zo groot zijn en toch niets anders te doen hebben.

    Bron:
    Novel intron markers to study the phylogeny of closely related mammalian species:
    “Of the 224 introns, 163 were found to contain repetitive elements. The most frequent elements were SINEs, which were present in 70% of the introns that bore any kind of element, followed by LINEs, which were found in 26% of them. Introns with repeats had, on average, 18% of their sequence corresponding to repetitive elements. These types of repetitive sequences normally evolve in a neutral way, mostly by point mutations.”

    SINEs en LINEs kunnen dus gedeeltelijk verklaren waarom introns zo groot zijn en groeien!

  9. Marleen april 22, 2012 om 17:18

    Gert, Ik begrijp je punt niet goed. Er zijn (in de muis) meerdere functionele L1’s. We weten niet hoeveel. Jouw punt was dat zolang ze een (positieve) functie hebben ze in het genoom blijven zitten. Daar ben ik het mee eens.
    Er zijn hoe dan ook honderden duizend L1’s (in de mens zagen we in het voorgaande blog) die niet springen. Zijn deze L1’s simpelweg door methylatie onderdrukt of zijn ze kapot en niet meer in staat transcriptie te ondergaan. Dat zijn twee manieren om niet functioneel te zijn. Maar zelfs al ondergaan ze geen transcriptie meer (omdat hun promotor kapot is bijv.) dan kan het misschien toch nog zijn dat ze verspringen omdat ze gebruik maken van de enzymen van de actieve L1’s. Misschien.
    Ik begrijp niet goed waarom je je concentreert op de promotor. Misschien is dat een belangrijk punt dat ik niet inzie. Een transposon kan ook niet functioneel zijn omdat het coderende deel niet meer werkt toch ?
    Het blijft boeiende materie.

    Over de introns: dank voor de referentie. Het is dus niet zo dat een gen (exons + introns) verstoord wordt door de insertie van LINE’s en SINE’s in introns ? In dat geval is het misschien beter om het coderende gen te beschouwen als het totaal aan exons ?

  10. peter borger april 23, 2012 om 08:52

    LINEs en SINEs zitten (ook) graag in introns, want het zijn regulators voor de genen. Een gen is NIET alleen maar het eiwitcoderende gedeelte. De niewe definitie van een gen staat in mijn boek. Gert Korthof heeft de engelse versie van mijn manuscript van dat boek reeds sinds 2005 in bezit, dus hij had het kunnen weten.

    En inderdaad kunnen TEs downstream-silencing effecten hebben. Ze spelen namelijk een rol bij het induceren van variatie…en differentiele genexpressie is niks anders dan variatie.

    TEs zijn dus variatie-inducerende genetische elementen! VIGEs! Mijn lopende onderzoek heeft als onderwerp de identificatie van alle TEs in asthma-geassocieerde genen. Vandaar dat ik dit sort dingen weet. Ik ben niet verbaasd.

    PB

  11. peter borger april 23, 2012 om 08:58

    Als ik dit hierboven zo doorlees, dan zie ik in dat er een enorm onbegrip bestaat mbt het genoom. Dat komt door de Darwinisten-bril die men af moet zetten, wil men het genoom begrijpen. Ik heb die bril reeds jaren geleden afgezet. Ik lees bijvoorbeeld:

    “Van de L1′s bestaan er wel 500.000 in ons genoom, maar slechts 100 kopien zijn functioneel. Daarvan zijn er 6 die ‘hot L1′s’ worden genoemd aangezien ze verantwoordelijk zijn voor de meerderheid van de retrotransposities van L1′s.”

    Helemaal verkeerd begrepen en verkeerd geformuleerd. Niet slechts 100 kopieen zijn functioneel, maar van 100 kon er een functie worden aangetoond. Dat is wel even iets anders.

    Schreef ik niet uitgebreid over genetische redundantie in mijn boek? Schreef ik niet dat VIGEs (TEs) redundant zijn? En dat directe effecten niet kunnen worden gemeten in experimenten? Ooit van shadow anhancers gehoord? Ooit van positie effecten gehoord? Ik raad de mensen die echt iets van het genoom willen begrijpen aan om mijn boek te lezen.

    PB

  12. peter borger april 23, 2012 om 09:01

    Het is echt lachwekkend om de Darwinisten hierboven aan het woord te zien….voordeel, selectie, psoitieve functies…etc…

    Jongens, de grote grap is dat de biologie niet het resultaat is van een Darwinistisch proces.

    Als je dat eenmaal inziet komt het begrip vanzelf.

    Selectie? Flogiston is er niks bij.

    PB

  13. Marleen april 23, 2012 om 12:08

    Peter, het is logisch dat jouw biologie niet afhankelijk is van ‘darwinistische’ processen’. Het genoom met VIGE’s zijn er namelijk door een schepper ingestopt.

    Aan (retro)transposons besteed je op slechts een pagina (p. 264) aandacht. Daarin staan de TE’s in een lijst met een kleine defenitie van wat het voor elementen zijn. Wat ze precies in het genoom doen, of ze een regulerende functie hebben en met wat voor een mechanisme die regulatie tot stand komt, staat er niet bij. Dus we raadplegen hier de nieuwste artikelen op dit gebied en wie het laatst lacht lacht het best.

    Wat het voor betekenis het voor jou heeft dat TE’s redundant zijn weet ik niet.

    Ik weet nog goed Peter dat je zelf toegegeven hebt op je FB pagina dat natuurlijke selectie wel degelijk plaatsvindt dus waarom doe je daar nu weer schamper over ?

  14. gert korthof april 23, 2012 om 14:20

    Marleen schreef: “Over de introns: dank voor de referentie. Het is dus niet zo dat een gen (exons + introns) verstoord wordt door de insertie van LINE’s en SINE’s in introns ? In dat geval is het misschien beter om het coderende gen te beschouwen als het totaal aan exons ?”
    Een gen kan, maar wordt meestal niet beschadigd als er transposons in introns terecht komen, zolang ze maar niet de splicing recognition sites van introns vernietigen. Want met die recognition sites worden de introns vedrwijderd uit het mRNA transcript. Zolang die intron splicings sites intact blijven wordt intron inclusief transposons netjes verwijderd. Dat wil niet zeggen dat alle introns gemist kunnen worden. Sommigen schijnen een functie te hebben.

  15. gert korthof april 23, 2012 om 14:32

    Marleen schreef “In dat geval is het misschien beter om het coderende gen te beschouwen als het totaal aan exons ?”
    Dat werkt niet altijd, bijvoorbeeld bij Alternative splicing en intron retention. Helaas is de werkelijkheid gecompliceerder!

  16. Marleen april 23, 2012 om 14:39

    Gert, dankjewel. Dat is heel duidelijk.

  17. peter borger april 23, 2012 om 15:20

    Marleen, lees wat ik schrijf mbt nat.sel.:

    “The major difference between the evolution and creation paradigms is that the evolutionist believes that the natural variation found in populations can explain microbe-to-man evolution via natural selection (Darwinism), while the creationist believes it cannot. This is because the evolutionary, naturalistic framework requires something creationists hold impossible: a continuous addition of novel genetic information unrelated to that already existing. In the creation paradigm neither variation nor selection is denied; what is rejected is that the two add up to explain the origin of species.”

    Het werd zelfs gepubliceerd: http://evoinfo.org/auxilary-publications/evidence-design-of-life-2/

  18. Marleen april 23, 2012 om 16:14

    Peter, het evolutionair naturalistisch kader verlangt helemaal geen ‘continuous addition of novel genetic information unrelated to that already existing’. Alle nieuwe informatie komt voort uit oude informatie. Er is dus altijd een relatie met de informatie die al bestaat, zoals het geval is met duplicaties van genen, die vervolgens ieder hun eigen weg gaan via mutatie, variatie, selectie enz. Het probleem is dat de creationist niet gelooft dat er duplicaties plaatsvinden. Volgens de creationist bestaat er zoiets als een enorm oergenoom, dat met de ‘specialisatie’ van de organismen alleen maar kan afnemen in grootte. Totdat de uitsterving er op volgt.

  19. gusbolden april 23, 2012 om 23:49

    Interessant stuk weer Marleen en ik geniet altijd weer van de manier van schrijven van je, zo lekker enthousiast. Ook in je beantwoorden. Prachtig die ‘samenwerking’ tussen de Transposons en het Genoom die de juiste hoeveelheid aan activiteit toestaat.Wonderbaarlijk

  20. Marleen april 24, 2012 om 00:21

    @Gus, leuk dat je het kunt waarderen. Het was tot voor kort allemaal erg raadselachtig, maar er begint wat duidelijkheid te komen. Er is voortdurend nieuws over retrotransposons, een ‘hot topic’.

  21. peter borger april 24, 2012 om 11:28

    Marleen, vertel me dan even die nieuwe genen vandaan komen ? Orphans bijvoorbeeld. Hoe selecteer je nieuwe genetische informatie die geen associatie hebben met andere genen?

    Zelfs redundante genen zijn niet geassocieerd met genduplicaties (referenties staan in mijn boek) en daarom hebben deze ook geen Darwinistische verklaring.

    De grap is dat Darwin en zijn navolgers juist geen oorsprongen verklaren.

    pb

  22. Marleen april 24, 2012 om 16:22

    Peter, het lijkt erop dat zodra zich in de wetenschap een vraag voordoet, jij meteen moet weten wat en hoe. Is er voor een fenomeen nog geen wetenschappelijke verklaring dan roep je : GUToB !!
    Het wordt allemaal uitgezocht en we mogen zo nu en dan nog meelezen ook.

    Voor zover ik weet is de stand van zaken dat men niet weet waar ze vandaan komen, want er is nog geen zekerheid over. Ze zouden voort kunnen komen uit het dupliceren en opnieuw arrangeren dat gevolgd wordt door een snelle divergentie. Maar het lijkt erop dat er ‘nieuwe’ evolutie kan plaatsvinden vanuit het niet-coderende genoom. Er is aangetoond dat rond de 50 % van de orphan-genes in primaten sequenties bevatten die afgeleid zijn van TE’s !

  23. Marleen april 24, 2012 om 22:42

    GUToB is de Generale & Universele Theorie over Biologische Variatie. Het is de theorie van Peter Borger, waar hij en boek over schreef.

Praat mee en laat hier uw reactie achter

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

Jonas Bruyneel

Literatuur/Journalistiek/Muziek

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più

Microplastics

INTERREG MICRO PROJECT

Scientia Salon

Philosophy, Science, and all interesting things in between

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Vita da simbionte

perché collaborare è talvolta meglio che combattere

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

The Public House for Science...

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

the aphid room

All about aphids... not simply bugs|

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

%d bloggers op de volgende wijze: