mRNA en hoe wetenschap stapjes zet

Goeiedag, het is vandaag zondag 20 maart 2011, ik ben Jozef Van Giel en dit is de 83ste aflevering van deze podcast. Deze aflevering kwam volledig tot stand dankzij Rik Delaet. De muziek is van Niek Lucassen.

Om het bij Kritisch Denken niet altijd te hebben over hoe denken kan ontsporen, zetten we hier voor de verandering eens een vertaling van een wetenschappelijk artikel (Primates’ Unique Gene Regulation Mechanism: Little-Understood DNA Elements Serve Important Purpose) dat een mogelijke doorbraak in de geneeskunde aankondigt. Let op het woordje ‘mogelijk’. Hier geen bombastische reclame voor weer eens een nieuwe alternatieve geneeskundige hype, maar een voorzichtig aankondigen voor een ontdekking die – als alles meezit – onze geneeskunde grondig zou kunnen verbeteren. In dit artikel wordt je om de oren geslagen met allerlei ingewikkelde termen en afkortingen. Laat je daardoor niet ontmoedigen maar aanschouw hoe langzaamaan complexe celprocessen steeds meer van hun geheimen prijsgeven door moeizaam en duur onderzoek door vele gespecialiseerde wetenschappers. Vergelijk dat eens met de eenvoudige oplossingen van bijvoorbeeld de homeopathie die het zich kan veroorloven met wat simpele principes te beweren dat ze bijna alle ziektes kunnen aanpakken. (zoals ‘het gelijke met het gelijke behandelen’ en verdunnen, verdunnen, verdunnen, verdunnen, verdunnen…) Hoe simpel kan je zijn!

Voorgelezen wordt Primates’ unique gene regulation mechanism: Little-understood DNA elements serve important purpose als gepubliceerd op ScienceDaily, op 9 februari 2011. Vertaald door Rik Deleat.

Wetenschappers hebben een nieuwe manier ontdekt, waarop genen worden gereguleerd, die uniek is voor de primaten, waaronder de mens en apen. Hoewel het menselijk genoom – alle genen van een individu – 10 jaar geleden werd gesequenceerd, is een beter inzicht in hoe genen functioneren en gereguleerd zijn nodig om vooruitgang te maken in de geneeskunde, met inbegrip van het aanpassen van de manier waarop we een brede waaier van ziekten diagnosticeren, behandelen en voorkomen.

“Het is ontzettend waardevol dat we een groot deel van het menselijk genoom hebben gesequenceerd, maar sequentie zonder functie brengt ons niet erg ver, daarom is onze bevinding zo belangrijk “, zegt Lynne E. Maquat, Ph.D., hoofdauteur van een nieuwe studie die gepubliceerd is op 9 februari in het tijdschrift Nature.

Als het met onze genen fout gaat, kan dat de oorzaak zijn van veel ziekten, zoals kanker, de ziekte van Alzheimer en taaislijmziekte. De studie introduceert een uniek regulerend mechanisme, dat tot een waardevolle behandeling zou kunnen leiden als onderzoekers proberen genexpressie – de omzetting van genetische informatie in eiwitten die deel uitmaken van het lichaam en zorgen voor de meeste functies van het leven – te manipuleren om de menselijke gezondheid te verbeteren.

Het nieuw geïdentificeerde mechanisme omvat Alu elementen, dat zijn repetitieve DNA-elementen die zich over het hele genoom hebben verspreid tijdens de evolutie van de primaten. Terwijl wetenschappers al vele jaren hebben geweten van het bestaan van Alu elementen, was hun functie grotendeels onbekend.

Maquat ontdekte dat Alu elementen samenwerken met moleculen, lange niet-coderende RNA’s (lncRNAs) genoemd, om de eiwitproductie te reguleren. Zij doen dit door ervoor te zorgen dat messenger RNA (mRNA), dat genetische instructies van DNA gebruikt om eiwitten te maken, in het gareel blijft om het juiste aantal eiwitmoleculen aan te maken. Als dat niet gebeurt dan kan de eiwitproductie uit de hand lopen, wat leidt tot de verspreiding of vermenigvuldiging van cellen, een typisch kenmerk voor ziekten zoals kanker.

“Vroeger wist niemand wat Alu elementen en lange niet-coderende RNA’s deden, of ze nu junk-DNA (rommel-DNA!) waren dan wel of ze enig doel hadden. Nu hebben we laten zien dat ze daadwerkelijk een belangrijke rol spelen in het reguleren van de eiwitproductie.” zei Maquat, de J. Lowell Orbison voorzitter, hoogleraar Biochemie en Biofysica en directeur van het Centrum voor RNA Biologie aan de Universiteit van Rochester Medical Center.

De expressie van genen die instaan voor de ontwikkeling van eiwitten gaat in vele stappen, die allemaal in een precieze volgorde nodig zijn om de juiste timing en de hoeveelheid aan eiwitproductie te bereiken. Elk van deze stappen is gereguleerd, en het ontdekte pad is slechts één van de enkele wegen waarvan bekend is dat ze mRNA’s in de loop van het eiwitproductieproces direct reguleren.

Reguleren van mRNA’s is één van de vele manieren waarop cellen genexpressie controleren en onderzoekers van instellingen en bedrijven over de hele wereld focussen zich op dit regulerende gebied op zoek naar nieuwe manieren om ziektes te beheersen en te behandelen.

Volgens Maquat, “Dit nieuwe mechanisme is een echte verrassing. We blijven versteld staan van al de verschillende manieren waarop mRNA’s kunnen worden gereguleerd.”

Maquat en de studie van de eerste auteur, Chenguang Gong, een afgestudeerde student in de Vakgroep Biochemie en Biofysica aan het Medisch Centrum, vonden dat lange niet-coderende RNA’s en Alu elementen samenwerken om een proces in gang te zetten dat bekend staat als SMD (Staufen 1-gemedieerd mRNA verval). SMD vernietigt voorwaardelijk mRNAs nadat ze de productie van een bepaalde hoeveelheid eiwitten orkestreerden, waardoor het creëren van overmatige, ongewenste eiwitten, die de normale processen kunnen verstoren en ziekte in het lichaam kunnen initiëren, kan worden voorkomen.

Lange niet-coderende RNA’s en Alu elementen doen het Staufen-1 eiwit aan tal van mRNA’s binden. Zodra een mRNA gedaan heeft met leiding geven aan een ronde van eiwitproductie begint het Staufen-1 met een ander regulatie-eiwit, UPF1, samen te werken aan de afbraak of vernietiging van het mRNA zodat het geen eiwitten meer kan maken. Dat UPF1 werd eerder door Maquat geïdentificeerd.

Terwijl het onderzoek een stuk van de puzzel over hoe onze genen werken invult, accentueert het ook de overweldigende complexiteit van hoe ons DNA ons en de vele betrokken bekende en onbekende spelers vorm geeft. Maquat en Gong plannen om in toekomstig onderzoek de nieuw geïdentificeerde route te verkennen.

Dit onderzoek werd ondersteund door een subsidie van de General Medical Sciences Division van de National Institutes of Health en een Elon Huntington Hooker Graduate Student Fellowship.

John Craig Venter (Salt Lake City, 14 oktober 1946) is een Amerikaanse moleculair bioloog en zakenman. Hij was de eerste mens van wie het complete DNA-profiel werd ontcijferd in een project waaraan hij zelf deelnam. In 2010 creëerde hij als eerste wetenschapper een kunstmatige, synthetische cel. In Time’s Magazine stond hij in 2007 en 2008 in de top 100 van meest invloedrijke personen

Ik ben ervan overtuigd dat de kennis die wij de wereld schenken een diepe impact zal hebben op het menselijk leven, de manieren waarop we ziekten zullen behandelen en onze kijk op onze plaats in het biologische continuüm.

Tot de volgende keer.