Kleverige vingers grond springende genen

Ons DNA zit vast in een constante strijd met zichzelf. Het vecht om mobiele stukjes genetisch materiaal te beheersen dat zichzelf kopieert en zich verspreidt door het genoom zogenaamde springgenen. Maar dat is een moleculair spel van Whac-A-Mole: voor elk bit dat het weet te onderdrukken, vindt een ander een manier om zich los te maken. Een nieuwe studie heeft genen vastgezet die zijn geëvolueerd om deze moleculaire indringers te dwarsbomen. Het werk schetst een beeld van de voortdurende evolutionaire strijd die wordt gevoerd binnen ons genoom.

It s is zeer interessant, dit yin en yang van evolutionaire veranderingen, zegt Haig Kazazian, een geneticus van de Universiteit van Pennsylvania die niet betrokken was bij de studie. Niemand heeft naar deze eiwitten gekeken in het licht van evolutionaire veranderingen. .

Sequenties van DNA die zichzelf kunnen repliceren en zichzelf vervolgens in nieuwe locaties in het genoom kunnen invoegen, worden transposons genoemd, of, eenvoudiger, springende genen. Ze kunnen problematische mutaties veroorzaken als ze in belangrijke genen springen: een die zichzelf invoegt in een gen dat wordt gebruikt voor het vertragen van de celgroei, kan bijvoorbeeld kanker veroorzaken. Onze genomen hebben dus tegenmaatregelen ontwikkeld. Die tegenmaatregelen omvatten een grote familie genen die coderen voor eiwitten die bekend staan ​​als KRAB-zinkvingers. Het leggen van de link tussen een specifieke KRAB-zinkvinger en het target-springgen is echter een ontmoedigende taak geweest. De KRAB-familie bevat ongeveer 170 verschillende versies van hetzelfde basiseiwit.

Om dit probleem op te lossen, bestudeerden Frank Jacobs, een bioloog van de Universiteit van Californië (UC), Santa Cruz, en collega's gekweekte muiscellen die een menselijk chromosoom met transposons dragen, maar geen menselijke zinkvingergenen. In afwezigheid van primaten KRAB zinkvingers rende de mens [transposons] wild ', zegt Jacobs.

Vervolgens voegde het team 14 verschillende zinkvingereiwitten één voor één toe aan de muiscellen om te zien welke de springende genen konden stoppen met springen. Twee KRAB-zinkvingers (KZNF91 en KZNF93) werkten tegen twee soorten menselijke transposons. Springende genen stopten met springen, meldde het team online op 28 september in Nature .

Toen de zinkvingers eenmaal waren gekoppeld met hun doel-springgenen, bevestigde het team dat de zinkvingers inderdaad waren geëvolueerd kort nadat het transposon was verschenen. Toen het experiment werd herhaald met een zinkvinger van orang-oetans of makaken, konden de menselijke transposons ontsnappen. Het resultaat suggereert dat ergens in onze voorouders de springende genen muteerden om de zinkvingers te ontwijken, maar de zinkvingers evolueerden ook om ze weer tot zwijgen te brengen. We konden eigenlijk kijken naar wanneer deze zinkvingers ontstonden in relatie tot wanneer deze transposons actief waren en we konden dit echt interessante evolutionaire verhaal zien, zegt Sofie Salama, een bioloog van UC Santa Cruz die betrokken was bij de studie. Het toont dit soort evolutie in actie .

Deze zinkvingereiwitten schakelen meer uit dan alleen de springende genen. Ze besturen ook andere genen in de buurt en gedurende de evolutionaire tijd kunnen ze worden opgenomen in het celprogramma voor het reguleren van die genen, zegt Jacobs. Dit onbedoelde voordeel kan verklaren waarom veel zinkvingergenen in ons DNA aanwezig zijn, zelfs nadat hun doelwitgenen het vermogen verliezen om zichzelf te kopiëren.

Vooral primaten hebben explosieve expansie laten zien in de KRAB-zinkvingergenfamilie; er bestaan ​​aanzienlijke verschillen in deze familie, zelfs tussen mensen en chimpansees. Ons DNA is 98% identiek aan chimpansees, maar de grote verschillen komen van hoe en wanneer dat DNA wordt gebruikt. Jacobs suggereert dat veel van onze onderscheidende kenmerken van onze soort mogelijk zijn ontstaan ​​door veranderingen in genexpressie veroorzaakt door zinkvingerregulatie. [Zinkvingers] bieden dit potentiële regelgevingslandschap dat door de gastheer kan worden gebruikt om iets interessants te doen en op interessante manieren te veranderen, ”voegt Salama toe. Door dat regelgevende landschap te begrijpen, kunnen onderzoekers misschien beter begrijpen hoe, in verschillende ziekten, de manier waarop genen wennen misgaat en nieuwe manieren vinden om problemen op te lossen.