Junk-DNA krijgt eerherstel

Het is nu onweerlegbaar aangetoond: het zogenoemde junk-DNA, dat de basenparen in ons genoom omvat die niet tot een gen behoren en die dus niet voor eiwitten coderen, heeft wel degelijk een functie. En wat voor één: een pas afgerond en razend ambitieus genoomproject kon talloze nieuwe functionele elementen in ons DNA identificeren.

Het is al weer elf jaar geleden dat het menselijk genoomproject werd afgerond, het omvangrijke internationale project dat de mensheid voor het eerst een volledige analyse van haar eigen DNA-code voorgeschotelde. Het was een mijlpaal in de wetenschap, en het veranderde de manier waarop we naar onszelf keken. Vanaf dag één werd de 'blauwdruk' van de mens geraadpleegd door moleculair biologen en genetici om verbanden (eventueel oorzakelijke) te vinden tussen onze genen en ons lichaam.

Eén van de opzienbarendste conclusies van het menselijk genoomproject was de gortdroge vaststelling dat ons genoom 'slechts' tussen de 20.000 à 25.000 genen telde (genen zijn groepjes van enkele tientallen of honderden basenparen die coderen voor één bepaald eiwit). Zeer vreemd, want ondanks dat we veel complexer in elkaar zitten dan pakweg wormen of planten - denk maar aan ons rijke repertoire van gedragingen, aan het feit dat we een bewustzijn hebben of dat we dingen kunnen leren en onthouden - is dit overwicht dus niet aanwezig op het meest basale niveau, namelijk dat van de genen. Kortom, het kon niet anders of er moesten nóg elementen in het menselijk genoom te vinden zijn die, naast de genen, een of andere functie uitoefenden op de dagelijkse werking van onze lichaamscellen.

Van bij de start in 2003 was het doel van het internationaal gecoördineerde ENCODE-project deze verborgen functionele elementen in ons genoom op te sporen, en hun precieze rol te doorgronden - ENCODE staat trouwens voor ENCyclopedia of DNA Elements. In 2007 werd een belangrijk pilootproject afgerond, waarbij één procent van het menselijk genoom (dat in totaal 3 miljard basenparen telt) werd geanalyseerd. Daarna ging, mede dankzij de ontwikkeling van almaar snellere DNA-analysetechnieken, het tempo verschroeiend de hoogte in, waardoor het project reeds dit jaar kon worden afgesloten. De deelnemende onderzoekers (meer dan vierhonderd) in het ENCODE-project analyseerden samen niet minder dan 1.640 volledige menselijke genomen, en ze deden dit - belangrijk - voor 147 verschillende soorten celtypen (van levercel, over rode bloedcel tot hersencel). De wetenschappelijke oogst mag worden gezien: deze week werden dertig artikelen gepubliceerd, en dit in meerdere vakbladen, waaronder Nature en Genome biology.

Geen afval
De resultaten zijn best verrassend, want ze zetten een aantal zaken die tijdens het voorbije decennium bijna zijn uitgegroeid tot wetenschappelijke feiten, op hun kop. Zo blijkt het 'junk-DNA' (de verzameling basenparen die buiten de coderende stukken van de genen liggen en die dus niet rechtstreeks eiwitten aanmaken) helemaal niet zo nutteloos als de naam doet vermoeden. Integendeel, het junk-DNA zit barstensvol functionele elementen - en het is dus zaak hier een nieuwe naam voor te verzinnen. Een voorbeeld van één zo'n 'verborgen' functioneel element is een stukje RNA (een vorm van DNA die een boodschap kan overbrengen) dat voorlopig nog 'incRNA' wordt genoemd, en dat als een kleine schakelaar functioneert voor de genen die in de buurt liggen. 'De incRNA's werken als minuscule schakelaars in een gigantisch complex elektronisch netwerk. Zij bepalen welke proteïnen er door de genen worden aangemaakt, waar ze worden gemaakt (in welke soort cellen) en op welk tijdstip', legt de Amerikaanse hoofdonderzoeker John Stamatoyannopoulos van de University of Washington in Seattle tijdens een telefonische persconferentie uit. 'We kenden de incRNA's al langer, maar het is dankzij ENCODE dat we ze voor het volledige menselijke genoom en voor verschillende biologische contexten beter hebben leren kennen. Ze treden nu echt op de voorgrond. En dat geldt ook voor de andere functionele elementen die we hebben kunnen identificeren in het junk-DNA. Ik zou zelfs durven zeggen dat we op termijn de status van het gen als kleinste eenheid van erfelijke informatie moeten gaan herzien, want deze elementen spelen zeker ook een niet te onderschatten rol in de overerfbaarheid van fysieke eigenschappen.'
 

Het zou ons te ver voeren alle functionele elementen in het junk-DNA hier voor te stellen. Maar zet ze allemaal op een rij, en je hebt een groot stuk van het menselijk genoom in handen, veer groter dan de luttele één à twee procent die wordt ingenomen door de eiwitcoderende genen. 'Die junk-DNA-metafoor mag dus echt wel naar de prullenmand', zegt ook Rick Myers, hoofd van HudsonAlpha, een laboratorium dat meewerkte aan het ECODE-project. 'Tachtig procent van het menselijk genoom blijkt te bestaan uit basenparen die een of andere biologische functie uitoefenen. Dat kan gaan om het regelrecht aan- of uitzetten van genen zijn, of het bepalen van de hoeveelheid eiwitten die er op basis van een bepaald gen moeten worden gemaakt. Het is een biologisch feit dat we nu niet meer kunnen negeren.'

In de voorbije jaren werden al heel wat verbanden gelegd tussen specifieke mutaties in bepaalde genen, en (erfelijke) ziekten. Toch ging het daarbij heel vaak om vrij zeldzame ziekten, die de natuurlijke selectie dus al min of meer zelf onder controle heeft gebracht. Volgens de onderzoekers van ENCODE zullen de functionele elementen die nu pas op de voorgrond zijn getreden - zoals de incRNA's - mogelijk in de plaats van de genen de verbinding met veel vaker voorkomende ziekten gaan maken. 'We achten het redelijk waarschijnlijk dat het vooral de regulerende elementen in ons DNA zijn die maken dat een specifiek eiwit niet meer in een bepaald celtype wordt aangemaakt, waardoor we vervolgens kanker kunnen krijgen', zegt John Stamatoyannopoulos. Dat wil natuurlijk wel zeggen dat de zoektocht naar genetische oorzaken alleen nog maar moeilijker, want complexer wordt. Je kan wel zeggen dat met ENCODE het plaatje van de menselijke genetica er niet bepaald eenvoudiger is op geworden.'