Een 3D-afbeelding van een gezicht met datapunten en op de achtergrond een DNA-sequentie.
JULIE WHITE, PENN STATE

Delen mensen met een wipneus dezelfde genetische informatie? Onderzoekers identificeren 203 genen die onze gezichten vorm geven

Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van de KU Leuven en Pennsylvania State University heeft 203 genen geïdentificeerd die belangrijk zijn voor de vorm van ons gezicht. 53 daarvan waren tot nog toe niet bekend. Ze gebruikten daarvoor 3D-afbeeldingen van Europese gezichten met duizenden datapunten en twee grote DNA-databanken.

De genetische opbouw van het menselijk gezicht is moeilijk te ontcijferen. In 2018 identificeerden professor Peter Claes van de KU Leuven met collega’s van Penn State, de University of Pittsburgh en de Stanford University School of Medicine al 15 genen die verband houden met specifieke delen van het gezicht. Met collega’s van Indiana University – Purdue University Indianapolis en Cardiff University hebben ze nu 203 genetische locaties geïdentificeerd die een rol spelen bij de ontwikkeling van de vorm van ons gezicht. Daarvan zijn er 53 nog nooit eerder gerapporteerd.

De onderzoekers hopen dat hun werk ook inzicht kan bieden in craniofaciale misvormingen - misvormingen van de schedel en het gezicht -, zoals een gespleten lip en gehemelte. Meer kennis over de genetische opbouw van ons gezicht kan ons ook helpen om de evolutie van het gezicht te begrijpen. Bovendien kan deze informatie ooit nuttig zijn voor forensisch onderzoek, al staan we nog heel ver van gezichtsreconstructies op basis van DNA en het gebruik daarvan als wettelijk bewijs.

"Je gezicht zegt iets over je identiteit, met wie je verwant bent, waar je voorouders vandaan komen en zelfs over je gezondheid", zei postdoctoraal onderzoeker Julie White van Penn State. 

"We weten echter heel weinig over hoe gezichten gevormd worden”, voegde doctor Karlijne Indencleef van de KU Leuven daaraan toe. "De gezichtsstructuur krijgt in een vroeg stadium vorm en als er tijdens dat proces iets misgaat, kun je een gespleten gehemelte of een ander probleem krijgen. We weten echter nog niet helemaal hoe die processen geregeld worden."

Er zijn niet zoveel mensen met gezichtsafwijkingen, wat het moeilijk maakt om op basis van een grote dataset problematische genen te lokaliseren en te identificeren. De onderzoekers geloven echter dat de genetische locatie van normale lipvorming – die wel op basis van grote onderzoekspopulaties achterhaald kan worden – ook misvormingen van de lip kan veroorzaken. En dus gingen ze op zoek naar de genetische locaties voor de normale ontwikkeling van gezichtskenmerken. 

"We zochten naar verbanden tussen gedeelde genetica en gelaatstrekken en we vroegen ons zaken af als: 'Delen mensen met een wipneus een genotype?'", zei White.

De illustratie toont bepaalde locaties op chromosoom 2 die geassocieerd zijn met de vorm van het gezicht. Elk gezicht toont waargenomen effect van het waarschijnlijke kandidaat-gen op de vorm van het gezicht in de vorm van een hittekaart met een kleurcode. Rood geeft gebieden van het gezicht weer die zich naar buiten bewegen, blauw gebieden die zich naar binnen bewegen.
White J and Indencleef K., CC BY-ND

Gerasterd masker en twee DNA-datasets

Het team gebruikte twee datasets: een uit het Verenigd Koninkrijk met 3.566 personen en een uit de Verenigde Staten met 4.680 personen. Van alle individuen in de datasets waren gedetailleerde 3D-foto's van het gezicht én het volledige DNA beschikbaar. 

Op de 3D-beelden plaatsten de onderzoekers meer dan 7.000 puntlocaties met behulp van een gerasterd masker dat digitaal werd uitgerekt om het aan te passen aan de gezichtscontouren van elk individu.

Daarna verdeelden de onderzoekers het gezicht onder in 63 segmenten op basis van data over de relaties tussen bepaalde gezichtsgebieden. Zo konden ze variaties in kleine subsets van het gezicht bekijken.

De onderzoekers wisselden af tussen de twee datasets om genetische locaties te vinden die geassocieerd zijn met gelaatskenmerken. Als ze die in de twee onafhankelijke datasets vonden, was dat een belangrijke bevestiging en ze hielden alleen de genetische locaties over die gelijkaardige associaties hadden in beide datasets. 

Op die manier identificeerden ze uiteindelijk 203 genetische locaties die relevant zijn voor de gezichtsstructuur. Daarvan werden er 89 al eerder geïdentificeerd in andere studies ,waarbij ofwel dezelfde gegevens werden gebruikt ofwel met onafhankelijke data werd gewerkt. De onderzoekers identificeerden ook 61 locaties die al toegeschreven waren aan gezichtsafwijkingen bij mensen of muizen maar die nog niet op deze manier bevestigd waren. Ten slotte vonden ze ook 53 locaties die volledig nieuw waren.

"De aanvullende epigenetische gegevens toonden aan dat de genetische regio’s die we identificeerden, tot uiting komen in cellen die relevant zijn voor craniofaciale ontwikkeling", zo zei Indencleef. Het feit dat de geïdentificeerde genen tot expressie komen - actief zijn -  in cellen die verband houden met de ontwikkeling van het gezicht is een belangrijke eerste bevestiging. Hun exacte functie moet nu wel nog bevestigd en voort onderzocht worden, zei doctor Indencleef van het Departement Elektrotechniek. 

"In dit onderzoek is het van cruciaal belang om samen te werken om gezamenlijk meerdere datasets te analyseren en daarbij geavanceerde analysetechnieken te gebruiken", zei professor Peter Claes, hoofddocent ingenieurswetenschappen en menselijke genetica, en hoofd van het Laboratorium voor Beeldverwerking in Genetica. Hij bedacht de methode voor de 3D-analyse.

DNA bevindt zich in de cel, in de kern of nucleus en met name in de chromosomen in de kern. DNA vormt een dubbele helix.
Sponk, Tryphon, Magnus Manske, User:Dietzel65, LadyofHats (Mariana Ruiz), Radio89/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0

Gedeelde genen

"Als je deze vondst vergelijkt met eerdere studies, zie je dat onze genen overlappen met genen waarvan eerder al werd aangetoond dat ze een rol spelen bij niet-faciale zaken, zoals de ontwikkeling van ledematen en orgaan- en skeletafwijkingen”, zei doctor White van Penn State. “Er zijn dus gemeenschappelijke genetische elementen die zowel verband houden met het gezicht als met een ander deel van het lichaam.”

Sommige gezichtsmisvormingen houden verband met andere fysieke problemen, dus het was geen verrassing dat er gemeenschappelijke genetische elementen zijn. 

Meer kennis over deze gedeelde genen helpt onderzoekers begrijpen hoe gezichtsafwijkingen tot stand komen. Veel van de geïdentificeerde genen treden in werking in de vroege stadia van de embryonale ontwikkeling. De onderzoekers proberen nu te achterhalen hoe deze genen fysiek tot uiting komen bij volwassenen. Volgens het team is er echter verder onderzoek nodig om deze verbanden te verifiëren.

De studie van het team is gepubliceerd in Nature Genetics. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van de KU Leuven, van Penn State en een telefoongesprek met professor Claes. 

Meest gelezen