Het veranderen van het chromosoomgetal van een dier kan in de loop van de evolutie miljoenen generaties duren voordat het in de natuur voorkomt – en nu zijn wetenschappers in staat geweest om diezelfde veranderingen in laboratoriummuizen in een oogwenk aan te brengen.
De nieuwe methode met behulp van Stamcellen Genbewerking is een belangrijke prestatie en het team hoopt dat het meer zal onthullen over hoe chromosomale herschikkingen van invloed zijn op de manier waarop dieren zich in de loop van de tijd ontwikkelen.
Het is in chromosomen – de eiwit- en DNA-ketens in cellen – dat we onze genen vinden, geërfd van onze ouders en met elkaar vermengd om ons te maken wie we zijn.
Voor zoogdieren zoals muizen en wij mensen komen chromosomen meestal in paren voor. Er zijn uitzonderingen, zoals in het geval van geslachtscellen.
Meestal zijn onbevruchte embryonale stamcellen de beste plaats om met DNA te knoeien. Het ontbreken van die extra set chromosomen die door de zaadcel wordt geleverd, ontneemt de cellen echter een belangrijke stap in het onderhandelen over de genen waarmee de chromosomen worden gemarkeerd als actief voor de taak om het lichaam op te bouwen.
Dit proces, imprinting genaamd, was een struikelblok voor ingenieurs die grote delen van het genoom wilden herstructureren.
“Genomische imprinting gaat vaak verloren, wat betekent dat informatie over welke genen actief moeten zijn, verloren gaat in haploïde embryonale stamcellen, waardoor pluripotentie en genetische manipulatie worden beperkt,” Zegt Bioloog Li-Bin Wang van de Chinese Academie van Wetenschappen.
“We hebben onlangs ontdekt dat we door het verwijderen van drie ingeprinte regio’s een consistent, sperma-achtig afdrukpatroon in cellen kunnen creëren.”
Zonder deze drie normaal ingeprinte gebieden zou permanente chromosoomfusie mogelijk zijn geweest. In hun experimenten combineerden de onderzoekers twee van de middelgrote chromosomen (4 en 5) en twee van de grootste chromosomen (1 en 2) in twee verschillende richtingen, resulterend in drie verschillende rangschikkingen.
De fusie van chromosomen 4 en 5 was het meest succesvol in termen van het doorgeven van de genetische code aan de nakomelingen van muizen, hoewel de reproductie langzamer was dan normaal.
Een van de eerste en tweede fusies produceerde geen nakomelingen van muizen, terwijl de andere nakomelingen produceerde van muizen die langzamer, groter en angstiger waren dan die geproduceerd door de fusie van chromosomen 4 en 5.
Volgens de onderzoekers is de afname van de vruchtbaarheid te wijten aan hoe de chromosomen uit elkaar gaan na uitlijning, wat niet op de natuurlijke manier gebeurt. Het laat zien dat chromosomale herschikking van cruciaal belang is reproductieve isolatie Een essentieel onderdeel van het vermogen van een soort om te evolueren en gescheiden te blijven.
“De lab-huismuis heeft het standaard 40-chromosoom-karyotype – of het volledige beeld van de chromosomen van een organisme – behouden na meer dan 100 jaar kunstmatig fokken”, Zegt Bioloog Zhi-Kun Li, ook van de Chinese Academie van Wetenschappen.
“Over langere tijdsperioden zijn karyotypeveranderingen als gevolg van chromosomale herschikkingen echter gebruikelijk. Knaagdieren hebben 3,2 tot 3,5 herschikkingen per miljoen jaar, terwijl primaten 1,6 hebben.”
Om dit in context te plaatsen, hielpen zeldzame sprongen in chromosomale herschikkingen de evolutionaire paden van onze voorouders te sturen. Chromosomen die bij gorilla’s gescheiden blijven, worden bijvoorbeeld gecombineerd tot één in ons menselijk genoom.
Dit soort veranderingen kan eens in de paar honderdduizend jaar voorkomen. Hoewel de genetische modificaties die hier in het laboratorium zijn aangebracht op relatief kleine schaal zijn, suggereert het bewijs dat ze enkele dramatische effecten kunnen hebben op de betrokken dieren.
Het staat nog in de kinderschoenen – en dat is tenslotte een wetenschappelijke start – maar dan kan er een mogelijkheid zijn om verkeerd uitgelijnde of misvormde chromosomen in menselijke bloedlijnen te corrigeren. We weten dat bij individuen chromosomale fusie en translocaties kunnen leiden tot gezondheidsproblemen, waaronder leukemie bij kinderen.
“We hebben experimenteel aangetoond dat een chromosomale herschikkingsgebeurtenis de drijvende kracht is achter de evolutie van soorten en belangrijk is voor reproductieve isolatie, wat een potentieel pad biedt voor grootschalige DNA-engineering bij zoogdieren,” Zegt De mijne.
De zoekopdracht is gepubliceerd in Wetenschappen.
‘Webgeek. Wannabe-denker. Lezer. Freelance reisevangelist. Liefhebber van popcultuur. Gecertificeerde muziekwetenschapper.’
