Genetische manipulatie

Nieuws

Wat is genetische manipulatie?

GM-voedsel

Gentherapie

Biotech-industrie

Meningen

Links

Het zwijgen van de genen

Of een gen actief is hangt niet alleen af van de moleculaire machinerie in een cel, maar ook van zijn plaats in het totale DNA-pakket.

Door onze redacteur MARCEL AAN DE BRUGH

5 FEBRUARI 2000. STEL JE VOOR: een draad van ongeveer 10 kilometer. Opgerold en gedraaid tot een structuur van slechts één meter lang. En die dan in een tennisbal gepropt. Dat is volgens de Wageningse moleculair bioloog dr. Ton Bisseling een redelijk passende beeldspraak voor het DNA in een celkern. ``De organisatie die nodig is om van een uitgestrekt DNA-molecuul een netjes samengebald pakketje te maken, is formidabel. Het macromolecuul moet met een factor 10.000 condenseren'', zegt Bisseling die afgelopen donderdag een artikel in het blad Cell publiceerde, samen met collega's uit Wageningen, Amsterdam en het Engelse Birmingham. Hun onderzoek richtte zich op de moleculaire organisatie van DNA, waar de laatste jaren meer over bekend wordt. De biologen deden hun onderzoek aan de zandraket (Arabidopsis thaliana), dè modelplant voor genetische en moleculair biologische studies. Hun studie bevestigt eens te meer hoe belangrijk de volgorde van de vier chemische bouwstenen – adenine, guanine, cytosine en thymine – is voor de organisatie en de activiteit van DNA.

De zandraket is ideaal voor dit soort studies. ``Vanwege zijn eenvoud'', zegt dr. Hans de Jong, een collega van Bisselink. De Jong is cytogeneticus en bestudeert de relatie tussen structuur en functie van chromosomen, genen en DNA. Hij legt uit dat elke cel van de zandraket in zijn celkern een DNA-keten bevat die is opgebouwd uit zo'n 130 miljoen basen. Dat is het erfelijk materiaal. Voor een plant is dat basenaantal aan de lage kant. De meeste planten hebben veel meer DNA. Bij de zandraket zijn die 130 miljoen basen verdeeld in 5 stukken, de chromosomen, die tezamen ongeveer 25.000 genen bevatten. Dit is het zogeheten coderende DNA. De celmachinerie `leest' de volgorde van de basen op een gen af en maakt op basis van de informatie een eiwit aan. Het eiwit doet vervolgens zijn werk in de cel, bijvoorbeeld als enzym of hormoon. ``Of een cel zo'n stuk DNA wel of niet kan aflezen, hangt af van de organisatie van het DNA'', zegt De Jong, en hij begint vervolgens over de zogeheten histon- en nonhiston-eiwitten te praten. Dat zijn eiwitten die zich massaal om het DNA scharen. Ze zijn onmisbaar voor het oprollen en draaien van het erfelijk materiaal. Histon-eiwitten zitten steeds met z'n achten bij elkaar. Zo'n achttal vormt een soort platte cilinder. Het DNA wikkelt zich daar omheen. De cilinders zitten op hun beurt weer gedraaid en gekanteld ten opzichte van elkaar. Dit complex van DNA en eiwitten wordt chromatine genoemd. ``Maar er zijn verschillende typen chromatine'', zegt De Jong. ``En dan begint het voor ons interessant te worden.''

Er is euchromatine en heterochromatine. Het verschil zit 'm in de samenstellig en organisatie van de histon-eiwitten. Die is bij beide net even anders. Heterochromatine ziet er onder de microscoop dichter uit, omdat het sterker gecondenseerd is. ``Nu is het opvallende dat je actieve genen meestal terug vindt in het euchromatine'', aldus Bisselink. ``In het heterochromatine tref je amper genen aan. Als ze er al zijn, dan zijn ze meestal inactief.''

Zaadveredelingbedrijven hebben de implicatie hiervan ontdekt. Al jarenlang proberen zij extra genen in planten te zetten. Maar dat proces verloopt nu nog ongecontroleerd. ``Je weet nooit waar een gen terecht komt'', zegt Bisselink. ``Als het toevallig in een heterochromatine-regio belandt, zal het ingebrachte gen niet functioneren.'' Het kan ook dat een heterochromatine-regio zich uitbreidt en daarbij actieve genen opeens `het zwijgen oplegt'. De Jong herinnert zich zo'n voorbeeld. Veredelaars hadden tomaat die resistent was tegen een aaltje. Maar na enkele kruisingsgeneraties verkommerde de tomaat toch weer. Het resistentie-gen zat er nog steeds, maar bleek niet meer te worden afgelezen. Het was deel uit gaan maken van een heterochromatine-regio.

In de Cell-studie heeft de groep onderzoekers uitgezocht of de vorming van heterochromatine afhankelijk is van de basen-volgorde van het DNA. ``Die indruk krijgen we inderdaad'', zegt De Jong. Al eerder was gebleken dat heterochromatine zich vooral vormt daar waar het DNA is opgebouwd uit zogeheten repeats. Dat zijn stukken van enkele honderden tot duizenden basen die zich vele malen herhalen. Deze repeats vind je met name aan de uiteinden (de telomeren) en in het midden (de centromeren) van chromosomen. ``Niemand weet waartoe die repeats dienen. Maar ze kunnen soms de meerderheid van het erfelijk materiaal uitmaken. Als ze zo'n groot aandeel hebben is het vreemd dat ze altijd omschreven zijn als junk-DNA, of als de genetische rommelzolder. We beginnen hun betekenis nu langzaam te ontdekken. Ze lijken essentieel voor de organisatie van de chromosomen'', zegt De Jong.

Knobbel

In hun onderzoek richtten de biologen zich op een deel van chromosoom 4 van de zandraket. In dat deel ontdekte een van de onderzoekers, de Wageninger dr. Paul Fransz, een zogeheten heterochromatine-knobbel. Hij komt bij de meeste planten en dieren voor. ``De knobbel van de zandraket is opgebouwd uit zo'n 700.000 basen'', zegt Bisselink. ``Het blijkt voor een belangrijk deel opgebouwd uit 20 kopieën van een repeat van 1950 basen lang en uit verschillende transposons, dat zijn blokken DNA die van de ene naar de andere plek in het genoom kunnen springen.'' In het erfelijk materiaal van maïs zit ook zo'n heterochromatine-knobbel. Die bevat met name repeats van 180 en 350 basen. En er zijn ook veel transposons in aangetroffen. Er lijkt een samenhang tussen repeats, transposons en heterochromatine. Bisselink: ``De theorie luidt nu als volgt: de nieuwe plek waar het transposon integreert wordt als het ware gemerkt. Het trekt andere transposons aan. Op de een of andere manier vormen zich daar ook repeats. Op een gegeven moment gaat zich op zo'n plek dan heterochromatine vormen. Genen die in de buurt liggen kunnen afgedekt worden. De cel leest ze niet meer af. Zo speelt het heterochromatine een rol bij het aflezen van genen.''

Heterochromatine is ook belangrijk bij de correcte verdeling van de chromosomen, tijdens celdeling. Heterochromatine lijkt veel belangrijker dan men tot voor kort aannam. Nobelprijswinnares Barbara McClintock voorspelde in de jaren vijftig al dat de studie van heterochromatine zou leiden tot een begrip van gen-regulatie. ``Dit jaar zullen alle genen van de zandraket in kaart zijn gebracht'', zegt De Jong. ``Dat is belangrijk, maar aan kale DNA-sequenties alleen heb je niet veel. Het gaat om de structuur waarin het DNA is ingebed. En daar beginnen we nu zicht op te krijgen.''