UMC Utrecht


Dubbel gen is geen backup maar circuit

Vrijwel identieke genen lijken elkaars backup te vormen, maar schijn bedriegt. Onderzoekers van het UMC Utrecht hebben ontdekt dat zulke genenparen modules vormen om verschillende combinaties van processen aan te sturen.

Het DNA van alle organismen bevat paren van genen die sterk op elkaar lijken. Tot nu toe werden zulke paren vaak beschouwd als backup. Als het ene gen uitvalt, zou de kopie de functie kunnen overnemen. Onderzoek van het UMC Utrecht wijst deze backup-theorie naar de prullenmand. Zulke paren blijken vaak schakelcircuits te vormen die cellulaire processen koppelen en ontkoppelen. Prof. dr. Frank Holstege en collega's van het UMC Utrecht concluderen dat in een artikel dat op 10 december verschijnt in het tijdschrift Cell.

Via het modelorganisme gist analyseerde de onderzoeksgroep van Holstege paren van genen die in eerste instantie op reserveonderdelen lijken. Het zijn paren waarbij alleen gelijktijdige mutaties in beide genen een zichtbaar effect hebben op de groei van het organisme. Tussen deze genen blijken ingewikkelde relaties te bestaan. Ze kunnen slechts een deel van elkaars functie overnemen en bovendien remt vaak één gen het andere. Het tweede gen wordt actief als die remming ophoudt. Het neemt dan de functie over van het eerste gen, maar doet ook wat extra's.

Groeiproces
"Het betekent dat de genen niet elkaars backup vormen, maar dat ze een schakelcircuit vormen", legt Holstege uit. Zo'n schakelcircuit stuurt bijvoorbeeld tijdens de voortplanting van gist ook het groeiproces aan die nodig is om een geschikte partner te vinden. Maar dat groeiprogramma moet ook op andere momenten aan kunnen, bijvoorbeeld om naar voedsel toe te groeien. Het schakelcircuit maakt het mogelijk om verschillende processen op het juiste moment te koppelen en te ontkoppelen.

Het ontdekken van deze modules geeft eindelijk een goede verklaring voor het behoud van zulke genenparen tijdens evolutie. Het onderzoek heeft ook implicaties voor het ontwikkelen van geneesmiddelen. Het toont aan hoe het remmen van ontspoorde regelgenen volledig ongewenste cellulaire reacties kan hebben.

Microarrays
Het is voor het eerst dat zulke genenparen zo nauwkeurig onderzocht zijn. Omdat de genen elkaars functie deels kunnen overnemen zijn ze moeilijk te bestuderen door ze één voor één uit te schakelen. Holstege en collega's hebben gebruik gemaakt van gistcellen met twee mutaties. Met behulp van DNA microarrays hebben de onderzoekers het effect van de mutaties op alle zesduizend genen van gist tegelijk gemeten. Via wiskundige simulaties hebben ze daarna de patronen in genactiviteit verklaard.

Het onderzoek van Holstege is een schoolvoorbeeld van `systems biology'. In dat opkomende vakgebied worden ingewikkelde cellulaire systemen in hun geheel onderzocht door het gedrag van alle componenten tegelijkertijd te meten.

dinsdag 14 december 2010