Waarom onze "springende genen" ons niet doden

In ons DNA zitten "springende genen" of transposons, stukjes DNA die een kopie van zichzelf kunnen maken en die ergens anders in ons genoom zetten. In principe zouden ze dat onbeperkt kunnen blijven doen, waardoor het DNA van hun gastheer compleet in de war zou raken en de gastheer zou sterven. Ze doen dat echter niet, en nu is ontdekt hoe dat komt.
LAGUNA DESIGN/SCIENCE PHOTO LIBRARY
Transposase (groen) gebonden aan een transposon-stuk van het DNA (purper en rood).

Transposons spelen door hun transposities een belangrijke rol bij het creëren of terugdraaien van mutaties en daardoor zijn ze ook belangrijk voor het ontstaan van genetische verscheidenheid. Door die verscheidenheid kunnen soorten zich aanpassen en evolueren. Als de transposons zich echter op een verkeerde plaats in het genoom nestelen, kunnen ze ziekten veroorzaken als hemofilie en darmkanker. En als ze zich ongebreideld zouden blijven vermenigvuldigen, zouden ze het DNA compleet ontregelen.

Transposons coderen vaak voor een enzym, een eiwit dat een bepaalde reactie kan veroorzaken of versnellen, dat transposase genoemd wordt, en dat essentieel is voor het verplaatsen van de transposons. Transposons zorgen met andere woorden voor hun eigen vervoerssysteem. Maar datzelfde systeem blijkt ook het aantal transposons te beperken, zo ontdekten Amerikaanse en Britse geleerden.

Oud transposon

Om het probleem te bestuderen brachten de geleerden een oud transposon opnieuw tot leven. Dat transposon, dat Hsmar1 genoemd wordt, dook zo'n 50 miljoen jaar geleden op in het genoom van de mens en is nu niet langer in staat om zich te verplaatsen.

De geleerden herstelden het vermogen van Hsmar1 om transportase te maken en bekeken dan wat er gebeurde. Het bleek dat als er verschillende kopieën van Hsmar1 zijn, ze zo veel transposase maken dat de werking ervan verstoord wordt. Clusters van de transposase vechten met elkaar om zich te binden, verstoren zo elkaar en het transpositie-proces valt stil. Uit een computermodel bleek dat als het aantal Hsmar1-transposons verdubbelde, het aantal kopieën dat gemaakt werd halveerde.

De geleerden bekeken daarna ook de moderne transposons Sleeping Beauty en piggyBac en ontdekten een gelijkaardige mathematische verhouding tussen het aantal kopieën en de mate waarin er nieuwe kopieën gevormd worden. De bevindingen van de geleerden zijn gepubliceerd in het tijdschrift eLIFE.

Nobelprijs

Transposons werden in de jaren 40 ontdekt door Barbara McClintock, die daar in 1983 de Nobelprijs voor Geneeskunde voor kreeg. Gedacht wordt dat oude overblijfselen van deze "springende genen" zo'n 50 procent uitmaken van ons genoom, al het DNA in een cel.

De transposons verrichten een soort van "copy and paste" op zichzelf: ze blijven zitten waar ze zaten in het DNA maar plaatsen ook een kopie van zichzelf elders. Dat proces wordt DNA-transpositie genoemd en het speelt een belangrijke rol bij het vormen van genetische diversiteit en dus ook bij de evolutie.

DR JEREMY BURGESS/SCIENCE PHOTO LIBRARY

In deze kweekvorm van een Kaaps viooltje, die normaal roze bloemen heeft, is door toedoen van een transposon één bloem te zien die de kleur van de wilde Kaapse viooltjes heeft.