Epigenetica en RNA

DNA methylatie in planten. De bloem staat op de plaats van een methylgroep in Cytosine

Epigenetica is een vrij nieuwe tak van de genetica en bestudeert veranderingen van het DNA die geen invloed hebben op de sequentie daarvan. Er wordt veel over gediscussieerd om verschillende redenen. Het gaat in de discussies voornamelijk over de mogelijkheid dat de veranderingen erfelijk zouden zijn. Vaak worden er dan studies geciteerd waarin gebleken is dat blootstelling in utero aan chemicaliën of een slechte voeding bijvoorbeeld een (negatief) effect hebben op de volgende generatie. Behalve dat dit uitsluitend een generatie betreft, is er ook geen sprake van ware erfelijkheid want die zou moeten verlopen via de gameten ofwel geslachtscellen.

Naar aanleiding van een discussie met een bioloog kwam er een artikel uit Nature naar voren. In dat artikel wordt netjes ingedeeld wat de moleculaire kandidaten zijn voor epigenetische erfelijkheid. Een belangrijke kandidaat is de methylatie van het DNA. Het DNA bestaat uit vier letters: A, C, T en G die staan voor de nucleotiden Adenine, Cytosine, Tymine en Guanine resp. Methylatie van het DNA is de methylatie ofwel de toevoeging van een methyl-groep aan het residu Cytosine. Methylatie is een essentieel onderdeel van het DNA en bepaalt welk gen en hoeveel van elk gen er afgeschreven wordt. Dit is van fundamenteel belang voor de differentiatie van de verschillende weefsels. Al onze cellen bezitten immers hetzelfde genoom, maar ze zijn allemaal gedifferentieerd in de verschillende cellen zoals in de levercellen, de neuronen of de spiercellen bijvoorbeeld. In al deze cellen staan er verschillende genen ‘aan’ of ‘uit’. Het is recent aangetoond dat deze markering niet overgeërfd wordt. De methylatie wordt door het enzym demethylase verwijderd. Dit kan gebeuren in de geslachtscellen, maar doet zich zeker voor in het eerste stadium van het embryo.

Andere kandidaten zijn verschillende groepen RNA’s. RNA wordt van het DNA afgeschreven, heeft net als DNA een sequentie van nucleotiden A, C, en G, maar in plaats van T bevat het een U (Uracil). Het meest belichte RNA is het mRNA dat codificeert voor de proteïnen. Maar van de totale RNA’s zijn de lncRNA’s (long non-coding RNA’s) het meest voorkomend en vormen vier vijfde van het totale RNA. Ze zijn voor methylatie wellicht van belang omdat ze de methylase (het enzym dat DNA methyleert) sekwestreren. Een gevolg daarvan zou kunnen zijn dat er minder DNA gemethyleerd wordt en er dientengevolge meer DNA tot expressie komt en getranscribeerd wordt in RNA. Ook de small RNA’s spelen een rol in de regulatie van genexpressie. Het is hoe dan ook een kwestie van definieren of je RNA’s ook zou moeten rekenen tot epigenetische markers. Ze zijn overvloedig aanwezig in de eicel waar ze voorzien in alle benodigdheden van deze cel tot aan de tweede celdeling en worden via de moeder geërfd. Het zouden daarom goede kandidaten zijn. Toch wordt RNA soms gerekend tot het fenotype van de cel; het is immers de expressie van het DNA. Bovendien hebben ook eiwitten en steroïde hormonen invloed op de transcriptie van het DNA en worden hoogstwaarschijnlijk doorgegeven via de eicel. Zouden die ook gerekend moeten worden tot epigenetische markering ? Waarom zou je RNA tot epigenetische markering rekenen en eiwitten en hormonen niet ?

Een belangrijke conclusie in de review in Nature is dat epigentische overerfing tot nu bijzonder onduidelijk en zeldzaam is gebleken. Het is van belang dat een embryo dat zich moet differentiëren van een totipotente cel tot een gedifferentieerd en compleet ontwikkeld organisme dit moet kunnen doen vanuit een situatie dat alle markering uitgeschakeld is. Bij planten is recentelijk aangetoond op Arabidopsis dat epigenetische markering doorgegeven wordt tot tenminste de 20^ste generatie. Vaak wordt in het nieuws verwezen naar de mogelijkheid dat Lamarck toch gelijk had met de bedoeling een hype te veroorzaken. Mochten de resultaten op Arabidopsis bevestigd worden en wellicht uitgebreid worden naar de wilde planten, dan zou dat wel bijzonder groot nieuws zijn.

Uit: Nature, Cell, The Scientist.

Stamcellen en hun evolutie

Onderzoek op de Mexicaanse salamander Axolotl naar embryonale stamcellen en geslachtscellen laat zien dat de ontwikkeling daarvan hetzelfde is als bij de mens en andere zoogdieren, en dat amfibieën zoals kikkers een gen verloren hebben dat verantwoordelijk was voor pluripotentie van de embryonale cellen bij de eerste landdieren.

Axolotls zijn salamanders die primitieve kenmerken van de eerste amfibieën behouden

Axolotl

hebben. Ze stammen af van vissen die 385 miljoen jaar geleden het land veroverden. Deze eerste amfibieën waren de voorouders van alle gewervelden die het land bevolken.

Tot nu toe werd aangenomen dat pluripotentie van stamcellen kenmerkend was voor zoogdieren, maar het onderzoek wijst uit dat de eerste landdieren, de eerste amfibieën, ook pluripotente stamcellen bezaten. Kikkers en andere laboratoriumdieren als het fruitvliegje hebben het gen voor pluripotentie verloren en bezitten germ plasm (kiemplasma: niet te verwarren met het kiemplasma zoals dat gebruikt werd door August Weismann). Dit kiemplasma bevindt zich aan een pool van de eicel en betstaat uit RNA’s en eiwitten. Deze kant van de cel is zodoende voorbestemd om geslachtscellen te vormen na de eerste celdelingen van de bevruchte eicel. Bij zoogdieren en, zoals blijkt, nu ook bij salamanders als axolotl, wordt na de eerste celdelingen van de bevruchte eicel, de dochtercellen geïnduceerd tot geslachtcellen.

Na de eerste celdelingen wordt er dus bepaald welke cellen deel uitmaken van het soma (de cellen van het lichaam die geen geslachtscellen zijn en geen rol hebben in erfelijkheid) en welke deel uitmaken van de geslachtscellen (de zogenaamde eeuwige cellen die in het volwassen organisme een nieuwe generatie voortbrengen.) De onderzoekers vragen zich af wat het evolutionaire voordeel kan zijn van het wel of niet bezitten van kiemplasma; selectie impliceert immers dat eigenschappen voordelig moeten zijn in een bepaalde omgeving. Ze opperen dat de loskoppeling van het soma en de germinale lijn de dieren met kiemplasma in staat stelt zich sneller en beter aan te passen aan nieuwe habitats omdat de somatische cellen geen energie en tijd hoeven te steken in de inductie van de geslachtscellen. Dit zou ook verklaren waarom dieren als kikkers, die zich van de salamanders afsplitsten, zoveel verwante soorten voortbrachten. Het behoud van pluripotentie maakte het daarentegen mogelijk extra-embryonale structuren te vormen ter bescherming en voeding van het embryo zoals in de reptielen, vogels en zoogdieren.

Deze overeenkomst tussen Axolotl en zoogdieren is ook een belangrijke ontdekking voor onderzoek op pluripotente stamcellen voor toepassingen binnen de geneeskunde.

Uit: Eurekalert, Physorg.com; Plaatje van internet.

Lees meer over axolotl op het blog van Tsjok45.

 

Stamcellen en evolutie

Onderzoek op de Mexicaanse salamander Axolotl naar embryonale stamcellen en geslachtscellen laat zien dat de ontwikkeling daarvan hetzelfde is als bij de mens en dat amfibieën zoals kikkers een gen verloren hebben dat verantwoordelijk was voor pluripotentie van de embryonale cellen bij de eerste landdieren.

Axolotls zijn salamanders die primitieve kenmerken van de eerste amfibieën behouden

Van internet: Axolotl

hebben. Ze stammen af van vissen die 385 miljoen jaar geleden het land veroverden. Deze eerste amfibieën waren de voorouders van alle gewervelden die het land bevolken.

Tot nu toe werd aangenomen dat pluripotentie van stamcellen kenmerkend was voor zoogdieren, maar het onderzoek wijst uit dat de eerste landdieren, de eerste amfibieën, ook pluripotente stamcellen bezaten. Kikkers en andere laboratoriumdieren als het fruitvliegje hebben het gen voor pluripotentie verloren en bezitten germ plasm (kiemplasma: niet te verwarren met het kiemplasma zoals dat gebruikt werd door August Weismann). Dit kiemplasma bevindt zich aan een pool van de eicel en betstaat uit RNA’s en eiwitten. Deze kant van de cel is zodoende voorbestemd om geslachtscellen te vormen na de eerste celdelingen van de bevruchte eicel. Bij zoogdieren en, zoals blijkt, nu ook bij salamanders als axolotl, wordt na de eerste celdelingen van de bevruchte eicel, de dochtercellen geïnduceerd tot geslachtcellen.
Na de eerste celdelingen wordt er dus bepaald welke cellen deel uitmaken van het soma (decellen van het lichaam die geen geslachtscellen zijn en geen rol hebben in erfelijkheid) en welke deel uitmaken van de geslachtscellen (de zogenaamde eeuwige cellen die in het volwassen organisme een nieuwe generatie voortbrengen.) De onderzoekers vragen zich af wat het evolutionaire voordeel kan zijn van het wel of niet bezitten van kiemplasma; selectie impliceert immers dat eigenschappen voordelig moeten zijn in een bepaalde omgeving. Ze opperen dat de loskoppeling van het soma en de germinale lijn de dieren met kiemplasma in staat stelt zich sneller en beter aan te passen aan nieuwe habitats omdat de somatische cellen geen energie en tijd hoeven te steken in de inductie van de geslachtscellen. Dit zou ook verklaren waarom dieren als kikkers, die zich van de salamanders afsplitsten, zoveel verwante soorten voortbrachten. Het behoud van pluripotentie maakte het daarentegen mogelijk extra-embryonale structuren te vormen ter bescherming en voeding van het embryo zoals in de reptielen, vogels en zoogdieren.

Deze overeenkomst tussen Axolotl en zoogdieren is ook een belangrijke ontdekking voor onderzoek op pluripotente stamcellen voor toepassingen binnen de geneeskunde.

Uit: Eurekalert, Physorg.com