Radboud Universiteit Nijmegen
Schakelaars onthullen duizenden nieuwe genen
We hebben veel meer genen dan werd gedacht toen het menselijk genoom voor het eerst in kaart werd gebracht. Het zijn er geen dertigduizend maar ongeveer eens zo veel. De bekende genen coderen voor eiwitten, de nieuw ontdekte coderen voor diverse RNA's die niet omgezet worden in eiwit, maar andere belangrijke celfuncties hebben.
Dat ontdekte Sergei Denissov met zijn benadering voor gen-identificatie in levende cellen. Sergei Denissov kwam uit Rusland om onderzoek te doen naar genoomtranscriptie: het sleutelproces om DNA te vertalen. 5 maart promoveert hij.
Elk gen heeft een aanschakelaar - transcriptie-initiatiepunt - die met speciale sleutels omgezet worden: de transcriptiefactoren. Voeg aan een cel een bepaalde transcriptiefactor toe en 'bevries' het geheel met formaldehyde op het moment dat de sleutels in de schakelaars zitten. Zo worden - na nog wat technische trucs - de genen zichtbaar.
'Wat eerst junk-DNA werd genoemd, blijkt heel veel informatie te bevatten. Persoonlijk geloof ik dat elk kleinste stukje van het DNA belangrijk zal blijken te zijn,' zegt de onderzoeker van het Nijmegen Centre for Molecular Life Sciences.
Drie gen-groepen met eigen sleutels
Simpelweg genen tellen was uiteraard niet het einddoel van de nieuwe methode. Uiteindelijk is het doel beter te begrijpen hoe transcriptie werkt. 'DNA op zich is als een ongelezen boek. Transcriptie is de eerste stap om het te lezen: de genetische code uit te voeren. Elke cel heeft dezelfde ongeveer twee meter DNA, maar welke genen afgeschreven worden, en in welke mate, hangt af van de omstandigheden van de cel en de specialisatie van de cel.'
Denissov ontdekte dat de bekende transcriptiefactoren in groepen zijn te verdelen die elk een bepaald deel van het DNA aanschakelen. Dat past bij de verdeling van genen in drie afdelingen: genen die coderen voor eiwitten, kleine genen voor niet-coderend RNA en genen voor ribosomaal RNA. Elke groep heeft dus zijn eigen set sleutels.
Opvallend is echter wel dat zo nu en dan een sleutel uit de ene groep een gen aanschakelt op een andere. Dat werpt licht op de onderliggende samenhang van de gentranscriptie. 'Als je één groep genen uitschakelt, zie je ook de transcriptie van de andere gen-groepen omlaag gaan. Er is kennelijk toch communicatie tussen die gebieden.'
Razendsnelle fabriek
Het jarenlang werken met high-techmethoden om genoomtranscriptie te doorgronden, heeft de verwondering over dit complexe proces niet kleiner gemaakt. Denissov raakt zichtbaar begeesterd als hij praat over zijn werk aan de transcriptie van ribosomaal DNA, het meest geproduceerde genproduct in de cel, verantwoordelijk voor de eiwitproductie. 'Duizend keer per minuut wordt een stuk rRNA gemaakt van ongeveer 13.000 baseparen. In een heel klein, gespecialiseerd onderdeel van de celkern, de nucleolus. Hoe kan het toch dat dat geen onontwarbare kluwen wordt?' Elektronenmicroscopische opnamen van deze rRNA-fabriek laten een soort kerstboom zien, een reeks van steeds langer wordende rRNA-takken aan een DNA-stam.
'Omdat we ons dat tweedimensionaal voorstellen, kunnen we het niet doorgronden. Bovendien stellen we ons altijd voor dat het nieuwgevormde RNA met RNA-polymerase verbonden is aan het DNA en daar langs beweegt tijdens de transcriptie. Ik realiseerde me dat het andersom moet zijn: het DNA beweegt, wordt als het ware langs het groeiende RNA getrokken. Daarbij ligt het DNA niet in een rechte lijn maar in een driedimensionale structuur die efficiënte transcriptie mogelijk maakt. In 3D is de genenpuzzel kortom beter te begrijpen'
Op naar de top
Met de komst van massive sequencing machines, die in een run van drie dagen 30 tot 40 miljoen DNA-fragmenten analyseren, is de transcriptietechniek 'gewoon' geworden. Ook in het NCMLS staat zo'n kostbare machine geruisloos zijn werk te doen. Er zijn er maar een paar van in Nederland. Prof. Henk Stunnenberg, begeleider van Denissov, vertelt dat 90 procent van het werk in zijn groep nu met DNA-transcriptiefactoren te maken heeft. 'In vijf jaar tijd zijn we van niets gekomen tot in de subtop in dit vakgebied.'
Transcription regulation of human genes: Novel aspects and mechanisms. Promotie 5 maart, 10.30 uur
Sergei Denissov (Korsakov, Rusland, 1975) werd opgeleid aan de universiteit van Novosibirsk. Hij deed zijn promotieonderzoek bij het Nijmegen Centre for Molecular Life Sciences (NCMLS) van de Radboud Universiteit Nijmegen onder begeleiding van prof. Henk Stunnenberg.