Mensen omtoveren tot muggen

Met hulp van dierentuinen over de hele wereld heeft een internationale groep wetenschappers ontrafeld hoe chromosomen (DNA) zich organiseren in de kern van cellen. Ze bekeken organismen uiteenlopend van pinda tot piranha. Onderzoekers van het Nederlands Kanker Instituut lieten zien dat één eiwitcomplex genaamd condensin II hierbij cruciaal is. Ze publiceren het onderzoek op 28 mei in het wetenschappelijke tijdschrift Science. 

Erfelijk materiaal, DNA, is verdeeld over chromosomen. Die lange, draderige structuren gemaakt van de bekende dubbele helix zitten netjes opgeborgen in de celkern. Benjamin Rowland van het Nederlands Kanker Instituut, het onderzoeksinstituut van het Antoni van Leeuwenhoek: “We hebben spannende proeven gedaan waarbij we zagen dat chromosomen zich opeens compleet anders ordenen in de celkern als je het eiwitcomplex condensin II weghaalt.”

Eigen territorium in de celkern
“Bij mensen zitten de chromosomen elk als mie-nestjes in de celkern, ze hebben allemaal een eigen territorium”, vertelt Claire Hoencamp, promovenda in Rowland’s onderzoeksgroep. “Ergens middenin het mie-nestje zit een centromeer, het middelpunt van het chromosoom. Haal je condensin II weg, dan gaan alle centromeren van de verschillende chromosomen opeens bij elkaar zitten, en dan heb je die losliggende mie-nestjes niet meer.”

Kasteeltje in Oostenrijk
Rowland presenteerde deze verrassende resultaten tijdens een congres in een kasteeltje in Oostenrijk. Daar was ook de Texaanse onderzoeker Erez Lieberman Aiden, die deze veranderde vouwing van chromosomen bij mensen herkende uit zijn onderzoek bij muggen en paddenstoelen.
Een spontaan gesprek groeide uit tot een grootschalige samenwerking tussen meerdere teams in Amsterdam, Houston en Boston. Het team uit Houston verzamelde met hun DNA Zoo consortium materialen bij dierentuinen van over de hele wereld. Hiermee konden zij in kaart brengen hoe chromosomen zijn georganiseerd binnen het dierenrijk, het plantenrijk, en bij schimmels. Wat opviel was dat organismen doorgaans hetzij het ene type chromosoom-vouwing hebben (de losliggende mie-nestjes, zoals bij de mens), hetzij een ander type vouwing (met alle centromeren bij elkaar, zoals bij de mug). En wat bleek: organismen die van nature geen condensin II hebben, hebben geen losse mie-nestjes.

Mensen als muggen
Hoencamp: “Nu weten we dus dat wij mensen het type vouwing van onze chromosomen te danken hebben aan condensin II. Als je dat weghaalt, vouwen onze chromosomen zich zoals je gewoonlijk ziet in bijvoorbeeld de mug of de paddenstoel. Dankzij computersimulaties van onze collega’s in de VS snappen we nu waarom die mie-nestjes verdwijnen.” Rowland vult aan: “Het gaat te ver om te zeggen dat wij weten hoe we mensen in muggen of paddenstoelen kunnen veranderen, maar wat betreft de manier waarop hun chromosomen zich organiseren in de celkern kunnen we dat wel.”

Betekenis voor kankeronderzoek
Chromosoomvouwing speelt een belangrijke rol in een cel, zoals bij het aan- en uitzetten van genen en het repareren van beschadigd DNA. Dat bepaalt het gedrag van cellen binnen ons lichaam. En schade aan het DNA kan ontstaan door bijvoorbeeld zonnestraling of sigarettenrook en kan kanker veroorzaken. “Door beter te begrijpen hoe chromosomen zich vouwen binnen de cel, hopen we te doorgronden hoe deze processen fout gaan in kankercellen. Dit kan mogelijk een handvat geven voor een verbeterde behandeling van kankerpatiënten in de toekomst.”

Nieuwe vragen
Dankzij deze bijzondere samenwerking zijn de onderzoekers tot hun nieuwe inzichten gekomen. Die roepen natuurlijk meteen allerlei belangrijke vragen op voor vervolgonderzoek. Rowland heeft onlangs een prestigieuze Vici-beurs toegekend gekregen om deze vragen te beantwoorden. Rowland: “We kijken ernaar uit om onze tanden in dit geweldige vraagstuk te zetten.”

Dit onderzoek werd mede mogelijk gemaakt door steun van het Boehringer Ingelheim Fonds, de European Research Council, NWO, en KWF Kankerbestrijding

Onderzoekers van diverse onderzoeksinstituten hebben bijgedragen aan dit samenwerkingsproject, waaronder:

• Het Nederlands Kanker Instituut
• Center for Theoretical Biological Physics (CTBP), Rice University, Houston, Texas
• The DNA Zoo consortium

Meer weten?

• Het wetenschappelijke artikel vind je hier
• Hoe ringen en lussen ons DNA organiseren
• Nieuwe inzichten in vouwen DNA

Diverse illustraties over dit onderzoek zijn beschikbaar in deze mediakit.