Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Tag archief: retrotransposonen

Voor de helft mens

Toen in 2001 het menselijk genoom voor het eerst in kaart gebracht werd, bleek dat deze overvloed aan DNA slechts voor 1,5 % uit genen bestond. In plaats van de 100.000 genen die men er verwachtte te vinden waren er slechts 20.000. Daarna bleek dat 9% van ons DNA bestaat uit DNA dat van virussen afkomstig is. Het grootste deel, 34%, bestaat uit retrotransposons, ofwel zelfzuchtig DNA dat er alleen maar op uit is zichzelf te repliceren. Alles bij elkaar, bestaat bijna de helft van ons DNA uit virus-achtige deeltjes. In eerste instantie werd dit DNA wel als ‘junk-DNA’ bestempeld, maar het blijkt nu wel degelijk belangrijke functies te hebben.

In New Scientist staat een artikel van Frank Ryan die uitlegt hoe virussen, die wij normaal associëren met pandemieën waarbij de gastheer steft, ook symbiotische aspecten kunnen krijgen. Dit was het geval bijvoorbeeld met het myxomatose-virus bij konijnen in Austalië. In eerste instantie, toen dit virus geïntroduceerd werd om de overlast van konijnen tegen te gaan, stierf 99.8% van de konijnen. Resistente konijnen overleefden, en leven nu in symbiose met het virus, d.w.z. ze dragen het bij zich, oftewel het bevindt zich in hun DNA, maar het maakt ze niet ziek. Op dezelfde wijze kan een virus onze vroege voorouders in Afrika geïnfecteerd hebben waardoor bepaalde virussequenties nu onderdeel uitmaken van ons genoom. Als een virus wil overleven moet het gastheren kunnen blijven infecteren, dus mag het niet te virulent zijn. De hele populatie zou sterven en zo zou ook het virus aan zijn einde komen. Op deze wijze ontwikkelt zich symbiose tussen virussen en organismen.

Retrovirussen zetten hun RNA om in DNA en plaatsen het in het genoom van de gastheer. Deze ‘endogenisatie’ kan zich ook afspelen op niveau van de gameten (zaad- en eicellen), zodat het virus-genoom doorgegeven wordt aan de volgende generaties. Bij de mens is dit meerdere keren voorgekomen en dit vormt de bron van al het virale DNA in ons genoom (bijna 50%). We kunnen er zeker van zijn dat we afstammen van de overlevenden van vele schrijnende epidemieën.

de triomf van de dood breugel
Van internet: de Triomf van de Dood door Pieter Breugel 1562

Virale genen zouden wel eens nuttig kunnen zijn. Ze brengen ook vaak regulerende sequenties met zich mee die vervolgens ook de genen van de gastheer kunnen reguleren. Uiteindelijk worden de sequenties die de overleving bedreigen uit de populatie verloren en de weinige nuttige geselecteerd door natuurlijke selectie.

hiv
Van internet: HIV infecteert cel (foto by Jeff Johnson)

Sommige hebben geen effect en de vele retrotransposons in ons genoom zijn daar waarschijnlijk de overblijfselen van.

Het eerts ontdekte retrovirus, dat zich 40 miljoen jaar geleden in het genoom van de primaten plaatste, is een gen dat nu syncytin-1 heet. Dit gen codeerde oorspronkelijk voor de eiwitmantel van het virus maar heeft nu een belangrijke rol in de placenta en staat onder controle van twee virale LTR’s (Long Terminal Repeats). Een ander voorbeel is het gen voor beta-hemoglobine dat onder controle staat van een LTR dat van een retrovirus komt. Zo zijn er nog vele voorbeelden.
Onderzoekers zijn nu van plan een groots onderzoek op te zetten naar de exacte rol van de verschillende retrovirussen in ons genoom. Hij concludeert dat het in ieder geval wel duidelijk is dat het menselijke genoom geëvolueerd is uit een symbiose tussen virussen en gewervelden.

Bron: New Scientist

Junk-DNA

Junk-DNA, ofwel niet-coderend DNA, is DNA waarvan de functie niet bekend is. Zo’n 95% van het DNA wordt als ‘junk’ beschouwd. Slechts 2% van het genoom codeert wel voor eiwitten; het DNA wordt getranscribeerd in mRNA en vervolgens vertaald in eiwitten, die de verschillende taken binnen de cel vervullen. Maar het wordt zo langzamerhand wel steeds duidelijker dat tenminste een deel van het niet-coderende junk-DNA toch verschillende functies kan hebben.

Nu heeft Joris Veltman en zijn team van het centrum voor Molecular Life Sciences aan het

Van internet: junk-DNA

Radboud ziekenhuis te Nijmegen aangetoond dat ongeveer 0,12 procent van het menselijk genoom gemist kan worden. Ze hebben dit onderzocht door van 600 gezonde studenten het genoom te vergelijken. Ze keken uitsluitend naar DNA-sequenties van 10.000 of meer basenparen lang die in de verschillende individuen ontbraken. Alles bij elkaar ontbraken er 2000 van dit soort stukken binnen het genoom.

Meer dan tweederde van deze ontbrekende sequenties kwam voor bij meer dan één individu, en eenderde kwam voor bij meer dan 5% van de deelnemers. De ontbrekende sequenties ontwrichtten 39 bekende genen die een rol hebben in het afweersysteem, het reukzintuig en andere zintuigen. Joris Veltman suggereert dat deze genen misschien ooit essentieel waren, maar nu dus niet meer, ofwel omdat we andere strategieën ontwikkeld hebben om te overleven, ofwel omdat er nieuwe genen in het genoom ontstaan zijn die dezelfde taak misschien wel beter uitvoeren.

Mogelijke rollen voor junk-DNA
Junk-DNA bestaat o.a. uit zogenaamde pseudogenen, d.w.z., genen die hun functie gedurende de evolutie verloren hebben. Het junk-DNA bestaat ook uit (retro)transposonen ofwel jumping genes, die zich willekeurig binnen het DNA verplaatsen en daarmee ziekten en kanker kunnen veroorzaken. Ander ‘junk’-DNA produceert op zijn beurt weer regulerend RNA (miRNA, siRNA, piRNA) dat het ‘springen’

kogelvis

van internet: kogelvis

De kogelvis

heeft het kleinste

genoom van alle

gewervelde dieren,

dat nagenoeg geen

‘junk’-DNA bevat

van deze genen inhibeert. Het junk-DNA bestaat ook uit tandem repeats, korte repeterende sequenties die de expressie van nabij gelegen genen zouden reguleren. Deze sequenties zouden bepalen in hoeverre het DNA wordt ingepakt in histonen en daardoor meer of minder toegankelijk is voor transcriptie-enzymen.
Het junk-DNA wordt ook vaak als een buffer voor mutaties gezien en vangt in die hoedanigheid de mutaties op die hier minder schadelijk zouden zijn dan in het coderende DNA. Maar ook het tegendeel is waargenomen: lange niet-coderende sequenties van het junk-DNA blijken goed geconserveerd te zijn gedurende miljoenen jaren van evolutie en tussen verschillende soorten, wat aantoont dat deze sequenties wel degelijk een functie moeten hebben; ze staan immers onder invloed van natuurlijke selectie. 
Anderen zien dit junk-DNA als ‘reserve’-genen die ofwel, in geval van uitvallende coderende genen, de functie kunnen overnemen, ofwel een basis kunnen vormen voor de ontwikkeling van nieuwe genen.

Bron: New Scientist

Bijgewerkt 24.10.2009: In verband met de studie van Veltman is het interessant om dit artikel te lezen over CNV’s: copy number variants. Ook hier gaat het grotendeels om deletie van sequenties, waarbij men uitkomt op een variatie van 0,8% tussen de gescreende individuen. Ze hebben in deze studie veel meer individuen gebruikt. Het kan zijn dat als Veltman meerdere individuen en uit hele verschillende gebieden over de aarde gescreend had dat ook hij op een hoger percentage uitgekomen zou zijn. 27.10.200: Een artikel over een eerdere publicatie van dezelfde groep kan hier gevonden worden.



Update: 27.10.2009: junk-DNA en soortvorming (ScienceDaily). is nu ook te lezen in het Nederlands op Kennislink.

Footnotes to Plato

because all (Western) philosophy consists of a series of footnotes to Plato

Zwervende gedachten

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

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più - blog personale di Paolo Minucci

Natural History

A Modern Compendium

Scientia Salon

An archived blog about science & philosophy, by Massimo Pigliucci

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

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

A Public House for Science

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

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

Glaswerk

Ongepoetst en uit de hand

%d bloggers liken dit: