Efficiënte evolutie (mens gebruikt genen anders dan aap)
Geplaatst: 13 mar 2006 15:27
Kleine aanpassingen kunnen leiden tot grote verschillen. Dat blijkt maar weer uit het onderzoek naar de verschillen tussen aap en mens dat vandaag is gepubliceerd in Nature. Evolutie nam niet het hele genoom op de schop, maar veranderde slechts enkele genen, die de rest van het erfelijke materiaal kunnen controleren.
Chimpansee en mens. Een blind paard ziet nog het verschil tussen die twee, maar toch zijn ze genetisch gezien voor 99 procent hetzelfde. Wetenschappers bedachten jaren geleden al dat het 'm dan ook niet in de genen alleen kon zitten. Het verschil in expressie van die genen moest de oorzaak van die verschillen zijn. Dat vrijwel identieke erfelijk materiaal is bij mens en aap blijkbaar niet even actief. Sommige genen staan simpelweg meer 'aan' of 'uit' dan andere. Welke genen dat dan zijn, was tot op heden echter niet duidelijk.
Yoav Gilad van de Amerikaanse Yale University en zijn collega-wetenschappers brengen wat licht in de duisternis. Ze vergeleken het RNA uit levers van mensen, chimpansees, resusapen en orang oetans met elkaar. Een RNA-molecuul is een kopie van een stuk DNA en een bewijs voor de activiteit van een gen. Hoe meer kopieën er van een gen in een cel rondzwemmen, hoe actiever dat is. Gilad koos behalve voor mensen en chimps voor resusapen en orang oetans omdat ze samen tientallen miljoenen jaren evolutie vertegenwoordigen. Uit hun RNA is af te leiden hoe dat proces is verlopen.
De onderzoekers maakten gebruik van een micro-array, een soort chip met stukjes lever-DNA, die overeenkomen met specifieke genen. Het uit de apen- en mensenlevers geïsoleerde RNA wordt over de chip verdeeld en plakt aan het DNA. Een RNA-molecuul plakt alleen aan zijn 'eigen' DNA-fragment, dus aan de hoeveelheid geplakt RNA is te zien hoe actief of inactief een gen is. De chip van Gilad bevatte ruim duizend genen, van zowel de apen als de mens.
Het merendeel van de genen, zestig procent is in alle vier de soorten even actief, zo bleek uit de proef. Miljoenen jaar evolutie heeft daaraan niets veranderd. De meeste van deze genen hebben iets te maken met processen in de cel zelf en volgens Gilad is het ook logisch dat de activiteit daarvan hetzelfde is gebleven. Slechts kleine veranderingen zouden immers al grote consequenties kunnen hebben; cellen zouden volledig van slag raken. En inderdaad, van vijf van deze stabiele genen is al geconstateerd dat ze actiever zijn in leverkankercellen.
Maar er zijn ook genen die bij mensen wel anders tot expressie komen dan bij apen. Negentien stuks staan bij mensen juist heel erg aan of heel erg uit in vergelijking met alle drie de apensoorten. Een verschil dat de laatste vijf miljoen jaar moet zijn ontstaan, waarvoor de mens zich heeft afgescheiden van de chimpansee. Opvallend is dat een aanzienlijk deel van de genen die bij mensen actiever zijn, coderen voor eiwitten die weer andere genen kunnen aan- en uitzetten. En dat terwijl dit soort genen schaars is. Eerder onderzoek toonde bovendien aan dat de samenstelling van juist deze 'controlerende genen' in de loop der tijd vaak is veranderd.
Dit bewijst maar weer dat 'de evolutie' behoorlijk efficiënt kan zijn. Slechts enkele veranderingen, maar wel in precies die genen die de rest van het erfelijke materiaal kunnen aansturen, leiden al tot grote verschillen. Daar hoef je niet het hele genoom voor op de schop te nemen.
De volgende stap in deze zoektocht naar dé verschillen tussen aap en mens is het bestuderen van nog meer genen, met behulp van RNA uit andere organen dan de lever. Want daarin kan het beeld weer net even anders zijn.
Remy van den Brand
Yoav Gilad, Alicia Oshlack, Gordon K. Smyth, Terence P. Speed en Kevin P. White, 'Expression profiling in primates reveals a rapid evolution of human transcription factors', Science, 9 maart 2006.
http://noorderlicht.vpro.nl/artikelen/27509671/
Chimpansee en mens. Een blind paard ziet nog het verschil tussen die twee, maar toch zijn ze genetisch gezien voor 99 procent hetzelfde. Wetenschappers bedachten jaren geleden al dat het 'm dan ook niet in de genen alleen kon zitten. Het verschil in expressie van die genen moest de oorzaak van die verschillen zijn. Dat vrijwel identieke erfelijk materiaal is bij mens en aap blijkbaar niet even actief. Sommige genen staan simpelweg meer 'aan' of 'uit' dan andere. Welke genen dat dan zijn, was tot op heden echter niet duidelijk.
Yoav Gilad van de Amerikaanse Yale University en zijn collega-wetenschappers brengen wat licht in de duisternis. Ze vergeleken het RNA uit levers van mensen, chimpansees, resusapen en orang oetans met elkaar. Een RNA-molecuul is een kopie van een stuk DNA en een bewijs voor de activiteit van een gen. Hoe meer kopieën er van een gen in een cel rondzwemmen, hoe actiever dat is. Gilad koos behalve voor mensen en chimps voor resusapen en orang oetans omdat ze samen tientallen miljoenen jaren evolutie vertegenwoordigen. Uit hun RNA is af te leiden hoe dat proces is verlopen.
De onderzoekers maakten gebruik van een micro-array, een soort chip met stukjes lever-DNA, die overeenkomen met specifieke genen. Het uit de apen- en mensenlevers geïsoleerde RNA wordt over de chip verdeeld en plakt aan het DNA. Een RNA-molecuul plakt alleen aan zijn 'eigen' DNA-fragment, dus aan de hoeveelheid geplakt RNA is te zien hoe actief of inactief een gen is. De chip van Gilad bevatte ruim duizend genen, van zowel de apen als de mens.
Het merendeel van de genen, zestig procent is in alle vier de soorten even actief, zo bleek uit de proef. Miljoenen jaar evolutie heeft daaraan niets veranderd. De meeste van deze genen hebben iets te maken met processen in de cel zelf en volgens Gilad is het ook logisch dat de activiteit daarvan hetzelfde is gebleven. Slechts kleine veranderingen zouden immers al grote consequenties kunnen hebben; cellen zouden volledig van slag raken. En inderdaad, van vijf van deze stabiele genen is al geconstateerd dat ze actiever zijn in leverkankercellen.
Maar er zijn ook genen die bij mensen wel anders tot expressie komen dan bij apen. Negentien stuks staan bij mensen juist heel erg aan of heel erg uit in vergelijking met alle drie de apensoorten. Een verschil dat de laatste vijf miljoen jaar moet zijn ontstaan, waarvoor de mens zich heeft afgescheiden van de chimpansee. Opvallend is dat een aanzienlijk deel van de genen die bij mensen actiever zijn, coderen voor eiwitten die weer andere genen kunnen aan- en uitzetten. En dat terwijl dit soort genen schaars is. Eerder onderzoek toonde bovendien aan dat de samenstelling van juist deze 'controlerende genen' in de loop der tijd vaak is veranderd.
Dit bewijst maar weer dat 'de evolutie' behoorlijk efficiënt kan zijn. Slechts enkele veranderingen, maar wel in precies die genen die de rest van het erfelijke materiaal kunnen aansturen, leiden al tot grote verschillen. Daar hoef je niet het hele genoom voor op de schop te nemen.
De volgende stap in deze zoektocht naar dé verschillen tussen aap en mens is het bestuderen van nog meer genen, met behulp van RNA uit andere organen dan de lever. Want daarin kan het beeld weer net even anders zijn.
Remy van den Brand
Yoav Gilad, Alicia Oshlack, Gordon K. Smyth, Terence P. Speed en Kevin P. White, 'Expression profiling in primates reveals a rapid evolution of human transcription factors', Science, 9 maart 2006.
http://noorderlicht.vpro.nl/artikelen/27509671/