DNA Basics – Hoofdstuk 3: DNA-expressie

In de vorige blogpost van de serie DNA Basics hebben we de structuur van DNA beschreven. Om het nog eens kort samen te vatten: DNA is de handleiding voor eenieder van ons.

• Nucleotiden zijn de letters.
• Elke set van drie opeenvolgende letters wordt een codon genoemd – dat zijn als het ware de woorden.
• Groepen van codons vormen genen, dat zijn de zinnen.
• Chromosomen zijn volledige delen van de 23-delige handleiding – u ontvangt een uitgave daarvan van elk van uw ouders.

Maar wie leest dit allemaal? Wie voert instructies uit de handleiding eigenlijk uit?

Waarschuwing: dit hoofdstuk behandelt enkele harde moleculaire feiten, maar als u uw aandacht erbij kunt houden, weet u naderhand hoe DNA-tests werken en beschikt u over een stevige basis op het gebied van onder meer etniciteitstesten en het opsporen van biologische ouders of kinderen.

RNA

Ribonucleïnezuur (RNA) lijkt in veel opzichten op DNA. Het is ook een molecuul dat uit 4 nucleotiden bestaat: A, U, G, en C. De nucleotiden A en U vormen samen een basenpaar, evenals A en T in DNA, G en C vormen in zowel RNA als DNA een basenpaar. De belangrijkste functie van RNA is het “lezen” van DNA. U kunt DNA zien als de originele instructies, geschreven in inkt. In die vergelijking staat RNA voor met potlood gemaakte notities. Delen van het DNA worden gekopieerd in RNA – een proces dat transcriptie wordt genoemd. Op basis van deze notities worden er eiwitten samengesteld – dat proces heet translatie.

RNA als regelaar

RNA is onstabiel. Zodra het eiwit is samengesteld, worden de notities gewist: het RNA-molecuul valt uiteen. Deze instabiliteit is een belangrijk kenmerk van RNA, want zolang het RNA intact blijft, worden er steeds meer eiwitten samengesteld (DNA-expressie). Door relatief snel uiteen te vallen, kan RNA regelen hoeveel eiwit er wordt omgezet (translatie). Als er veel eiwit nodig is, zullen er uit dezelfde sectie van het DNA meer RNA-moleculen worden gekopieerd (transcriptie), hetgeen leidt tot de translatie van veel eiwitten.

RNA ondergaat een alternatieve splicing. Een ander mechanisme waarmee RNA de uitvoering van de instructies uit de DNA-handleiding regelt, heet alternatieve splicing. Dit betekent dat één enkele DNA-instructie naar RNA wordt gekopieerd en dat er verschillende gedeelten uit de RNA-molecuul worden gewist of geknipt voordat er translatie plaatsvindt. De overgebleven secties worden dan eerst met elkaar verbonden.

Bron: Agatham

Om te kunnen functioneren heeft ons lichaam veel verschillende soorten eiwitten nodig. Als elk eiwit zijn eigen instructie zou hebben, zouden we veel meer DNA nodig hebben dan de 3 miljard nucleotidenparen waar we nu al over beschikken! Er is een limiet aan de hoeveelheid erfelijk materiaal die kan worden opgeslagen en onderhouden. Daar staat tegenover dat we lang niet alle eiwitten zouden hebben om essentiële functies uit te voeren, indien elk stukje DNA maar één eiwit zou kunnen produceren. Als flexibele boodschapper tussen het DNA en de eiwitten, biedt RNA een ingenieuze oplossing.

Soorten RNA

Let’s look more closely at two kinds of RNA: mRNA and tRNA.

mRNA is er voor de “potloodnotities” die we hierboven hebben beschreven. Het is een soort RNA die er net zo uitziet als het originele stukje DNA en die na de translatie relatief snel uiteenvalt.

tRNA is een speciale soort RNA die het mRNA leest en de juiste bouwstenen voor de eiwitten verzamelt. Er zijn 20 mogelijke aminozuren die worden gebruikt om eiwitten te vormen. Elk van de aminozuren wordt herkend door een unieke tRNA-molecuul. Elke groep van 3 nucleotiden (codonen) wordt herkend door een tRNA-molecuul, dat zijn respectievelijke aminozuur aan de groeiende keten toevoegt, totdat de volledige lengte van het eiwit is samengesteld.

Eiwitten

Zodra de eiwitten zijn samengesteld, ondergaan ze enkele aanvullende veranderingen. Ze worden bijvoorbeeld goed opgevouwen. Vervolgens worden ze naar de plek binnen of buiten de cel getransporteerd waar ze de oorspronkelijke instructie moeten uitvoeren.

Als er fouten zijn gemaakt en het eiwit niet precies goed blijkt te zijn, wordt het vernietigd in een proteasoom, een soort vuilnisbak voor de cel. Goedgekeurde eiwitten kunnen aan het werk gaan.

Variaties naar etniciteit

Interessant is dat de genexpressie of eiwitniveaus tussen bevolkingsgroepen kunnen verschillen.

Om uw etniciteitsschatting te genereren, lezen we in het lab uw DNA uit en produceren we een gegevensbestand met informatie. We lezen niet elk deel van uw DNA uit, want dan zouden we ongeveer 3 miljard punten moeten verwerken. Dit is een dure methode genaamd “whole genome sequencing” die momenteel alleen is weggelegd voor specifieke klinische toepassingen en wetenschappelijk onderzoek. In plaats daarvan richten we ons op het uitlezen van ongeveer 700.000 gebieden in uw DNA waarvan bekend is dat ze variëren tussen individuen, dit zijn de zogeheten “single nucleotide polymorphisms”, of SNP’s (in het Engels uitgesproken als “snips”). Deze methode wordt genotypering genoemd en produceert een gegevensbestand met elke SNP die we uitlezen, zijn positie in uw DNA en de twee genotypen die we daar hebben gevonden (dat wil zeggen de A, T, G of C die u van elke ouder hebt overgeërfd). Door uw genotypes voor bepaalde SNP’s te analyseren, kunnen we schatten welk percentage van uw DNA uit een bepaalde bevolkingsgroep afkomstig is.

De allelfrequentie (genfrequentie) van bepaalde SNP’s, bijvoorbeeld hoe groot de kans is dat u op een specifieke positie een A of een T hebt, hangt samen met verschillende etniciteiten. Sommige SNP’s houden verband met de mate waarin een bepaald gen tot expressie komt. Om een voorbeeld te geven: er is een specifiek eiwit dat over het algemeen in andere hoeveelheden voorkomt bij de blanke Britse bevolking dan bij de Jamaicaanse bevolking, als gevolg van verschillende genotypes die verband houden met etniciteit.

Het centrale dogma

Het proces van genexpressie – van DNA via RNA in eiwitten – wordt door wetenschappers ook wel “het centrale dogma” genoemd. Als u de hele blogserie DNA Basics hebt gevolgd, dan bent u nu uitstekend op de hoogte van de hoofdzaken op het gebied van DNA. We hopen dat u ons ook in de komende maanden zult blijven volgen bij ons onderzoek naar interessante DNA-concepten.