Deze maand bracht het wetenschappelijke tijdschrift Philosophical Transactions of the Royal Society B een speciaal nummer uit over de rol van bijzondere stukjes DNA, enhancers, in de evolutie van dieren. Tijd om deze enhancers eens aan het brede publiek voor te stellen.
Het menselijk genoom bevat slechts 2 procent DNA dat codeert voor eiwitten. Deze coderende regio’s (exonen) liggen in een zee van niet-coderende sequenties die meestal ‘junk DNA’ genoemd worden. In dit deel van het genoom vinden we toch functionele regio’s terug, die de expressie van genen reguleren. Een bepaalde klasse van deze regio’s zijn zogenaamde enhancers, korte stukjes DNA die gebonden kunnen zijn aan eiwitten om de expressie van bepaalde genen te verhogen (vandaar de naam enhancer).
Ontstaan van enhancers
Enhancers kunnen op verschillende manieren ontstaan in het genoom: (1) nieuwe mutaties, (2) insertie van transposons, of (3) tijdens chromosomale herindelingen. De laatste twee manieren worden mooi geïllustreerd door recent onderzoek. Transposons zijn stukjes DNA die door het genoom kunnen springen en zichzelf op bepaalde plaatsen vestigen. Een bepaald transposon sprong naar de zij-regio van een gen dat codeert voor het amylase-enzym. Dit zorgde ervoor dat primaten de mogelijkheid ontwikkelden om de zoete smaak van suikers te proeven tijdens de afbraak van zetmeel. Het transposon dat zich vestigde nabij het gen werkte dus als enhancer voor het amylase-gen. Een grootschalige chromosomale herindeling bij Teleostei (een bepaalde groep vissen) zorgde ervoor dat enkele genen die hun functie verloren door andere genen ‘gebruikt’ werden als enhancers.
Rol in evolutie
In de evolutie kunnen enhancers een belangrijke rol spelen. Enkele recente studies tonen aan dat enhancers morfologische diversificatie van dieren kunnen sturen. Sommige driestekelige stekelbaarzen verloren een specifieke enhancer van het Pitx1-gen dat zorgt voor de aanmaak van stekels in de heupregio. Door het verlies van deze enhancer ontwikkelden deze vissen geen stekels meer. Mogelijk leidde het verlies van bepaalde enhancers in andere taxa tot grotere morfologische verschillen. Een belangrijke stap in de evolutie van vertebraten, de overgang van vin naar poot, werd waarschijnlijk bepaald door een (of meerdere) enhancers. Zo zorgt een over-expressie van het Hoxd13-gen bij zebravissen voor een extra aanmaak van weefsel in de vinnen, waardoor deze anatomisch en moleculair op voorpoten lijken.
Door de activiteit van enhancers tussen mensen en chimpansees te vergelijken, kunnen we inzicht krijgen in de evolutionaire geschiedenis van de mens. Een voorbeeld is de enhancer HACNS1, die een versnelde evolutie vertoont in de mens in vergelijking met de chimpansee en de makaak. Het gen dat verbonden is met deze enhancer bepaalt de ontwikkeling van de hand. In een ander voorbeeld ontdekten onderzoekers dat enhancer 2xHAR142 ook een snellere evolutie vertoonde. Deze enhancer reguleert de expressie van het gen NPAS3 dat een belangrijke rol speelt in de ontwikkeling van de hersenen. Zulke studies kunnen belangrijke inzichten bieden in het ontstaan van onze soort.
Jente Ottenburghs (1988) heeft sinds zijn Master Evolutie en Gedragsbiologie aan de Universiteit van Antwerpen een brede interesse voor evolutionaire biologie. Sinds mei 2012 werkt hij als PhD-student bij de Resource Ecology Group aan de Universiteit van Wageningen. Meer informatie over zijn onderzoek vindt u hier.
