Je leest:

Samenwerkende genen

Samenwerkende genen

Auteur: | 1 januari 2007

In oudere biologieboeken staat soms nog de overzichtelijke opvatting dat elk gen voor één eigenschap verantwoordelijk is. Zo eenvoudig is het niet. Wat er in ons lichaam gebeurt is het gevolg van een complex samenspel van genen. DNA-chips helpen de rol van genen in kaart te brengen.

ICMS Animation Studio, TU/e

Nico Vermeulen, hoogleraar moleculaire toxicologie bij de Vrije Universiteit: “Op het menselijk DNA zijn minder dan dertigduizend genen te vinden. Terwijl we veel méér dan dertigduizend eigenschappen hebben. Allerlei eigenschappen van de mens worden dus door een combinatie van genen bepaald. Laboratoria over de hele wereld ontwikkelen fascinerende ideeën, technieken en methoden om daar de vinger achter te krijgen. Allerlei nieuwe begrippen duiken op zoals in silico, gene finding, data base searching, sequence alignment, functional genomics en proteomics. Het zijn sleutelwoorden bij het vinden van oorzaken voor ziekten en bij het ontwikkelen van nieuwe geneesmiddelen en andere therapieën.”

De kleur van chemie

Dit artikel is afkomstig uit het hoofdstuk ‘Gelukkige genen’ uit de VU-uitgave ‘De kleur van chemie’, een bundeling van informatieve brochures voor havo/vwo scholieren.

Je kansen op kanker

Vermeulen geeft een voorbeeld van de complexe werking van genen aan de hand van studies naar de effecten van roken. Daarbij speelt onder andere het enzym ‘cytochroom P450’ een rol. “Dit enzym helpt lichaamsvreemde stoffen in sigarettenrook af te breken. Helaas kan dat tot restproducten leiden die nog veel schadelijker zijn. De stof benzo(a)pyreen bijvoorbeeld, die voorkomt in sigarettenrook, wordt door cytochroom P450 in de long en de lever omgezet in een sterk kankerverwekkend afvalproduct.”

“Nu blijkt dat bij sommige mensen de reactie op sigarettenrook met een veel grotere dosis van het enzym cytochroom P450 gepaard gaat dan normaal. Het is duidelijk dat zij extra gevaar lopen om kanker te krijgen. Hoe actief het enzym is, ligt vast in de genen. Dus je kunt zeggen dat de kans om kanker te krijgen van sigarettenrook erfelijk bepaald is.”

Behalve P450 spelen daarbij nog meer genen een rol. Zo is er een gen verantwoordelijk voor de aanmaak van GST, een enzym dat weer beschermt tegen de kankerverwekkende afvalproducten van cytochroom P450. “Er zijn vrij veel mensen die vanwege hun genetische aanleg relatief weinig beschermend GST aanmaken”, vertelt Vermeulen. “Ook zij hebben dus een meer dan gemiddeld kans op kanker als ze gaan roken.”

Genenpaspoort

Er zijn ongetwijfeld veel meer genen die invloed hebben op het ontstaan van kanker bij rokers, maar waarvan nog onbekend is wat ze precies doen. In de toekomst is het misschien mogelijk om een genenpaspoort te maken met daarin de risico’s voor de eigenaar als deze gaat roken. Zo’n paspoort zou dan een lijst kunnen bevatten van alle genen die betrokken zijn bij kanker, en hoe die genen bij deze persoon reageren op sigarettenrook.

“De roker zou zo een goed beeld krijgen op welke ziekten hij of zij een grote kans maakt”, aldus Vermeulen. "Maar de ethische gevolgen van zo’n soort paspoort zijn nog helemaal niet te overzien. Stel dat het je een vroege dood voorspelt als je gaat roken. Mag je het paspoort dan geheim houden? Voor je partner, of voor de verzekeringsmaatschappij? En misschien weigert een sigarettenfabrikant wel rookartikelen te verkopen aan iemand met een ongunstig paspoort, uit angst voor claims.”

VU

Genen stellen de diagnose

Voor het risico op longkanker bij rokers is een compleet genenpaspoort nog niet beschikbaar. Maar als het gaat om overgevoeligheid voor ongewenste bijwerkingen van geneesmiddelen valt er aan de hand van genetische gegevens vaak al een aardige voorspelling te doen.

Ook bij sommige ziekten neemt genetisch onderzoek een grote vlucht. Neem lymfeklierkanker. Daarvan zijn twee vormen heel moeilijk te onderscheiden, maar ze vergen wel een andere behandeling. Onderzoekers keken bij een aantal patiënten naar 108 verschillende genen, waarvan ze vermoedden dat die iets te maken hadden met de kanker. Het ging er helemaal niet om wat die genen precies deden, maar hoe ze reageerden op de lymfeklierkanker.

“Sommige genen gingen harder werken, andere niet”, vertelt Vermeulen. "De grootste verrassing was dat de genen leken te ‘weten’ om welk van de beide soorten lymfeklierkanker het ging. Een paar genen reageerden wel bij de ene soort kanker, en niet bij de andere soort. Het blijkt dat een biochemicus of farmacochemicus die naar de genen kijkt, de diagnose soms sneller en zekerder kan stellen dan een arts.”

DNA-chips

Een interessante vraag is hoe te zien is dat een gen harder gaat werken, terwijl niet eens duidelijk is wat het gen. Het antwoord: DNA-microchips. “Dat zijn kleine dunne plaatjes met een raster, en in elk vakje is een apart gen aangebracht", legt Nico Vermeulen uit. “In het geval van de lymfklierkanker waren dat 108 vakjes, maar er zijn ook DNA-chips met veel meer. Van gistcellen zijn er zelfs chips met een complete verzameling van alle gist-genen.” Voor de mens zijn inmiddels vele duizenden genen op chips beschikbaar, aldus Vermeulen.

“Als we willen weten welke genen aan het werk zijn in een cel, kijken we naar de kopieën die we in de cel kunnen vinden. Een gen dat aan het werk is, maakt nooit zelf een stof, maar maakt een kopie van zichzelf (dat heet mRNA of boodschapper-RNA) en stuurt dat de cel in. Het enige dat we dus hoeven doen is het mRNA te verzamelen. Dat geeft immers aan welk gen werkt en hoe hard de genen werken. Hoe meer kopieën, hoe meer activiteit.”

“Nadat we mRNA hebben verzameld, plakken we eerst aan elke kopie een lichtgevend molecuul, en dan brengen we het behandelde mRNA op een DNA-chip met genen. Elke kopie hecht bijzonder goed aan het bijbehorende gen op die chip want kopie en gen passen als afgietsels perfect op elkaar. Op die manier wijst elke kopie feilloos aan van welk gen het afkomstig is. Nu hoeven we alleen nog maar de DNA-chip met UV te belichten, en alle genen die aan het werk waren, lichten helder op door die lichtgevende kopie die erop zit.”

Ziek en gezond vergelijken

“Aan één zo’n DNA-chip hebben we niet veel, het wordt pas echt interessant als we zieke cellen vergelijken met gezonde cellen. In de praktijk maken we twee DNA-chips: een van een gewone cel waarbij we alle RNA-kopieën van een groen-oplichtend molecuul voorzien, en één uit een zieke cel waarbij we aan de RNA-kopieën een rood-oplichtend molecuul plakken.”

“We bekijken daarna beide DNA-chips tegelijk. Een gen dat in een gezonde en een zieke cel even hard werkt, draagt de DNA-chips zowel rood- als groen-oplichtende moleculen. Samen zorgt dat voor geel licht. Genen die in en zieke cel actief worden lichten rood op, en genen die door de ziekte uitgeschakeld worden, geven groen licht.”

“Dat soort plaatjes geeft een schat aan informatie. Je kunt ziekten (zoals lymfeklierkanker) herkennen, je kunt zien hoever een ziekte is (in elk stadium worden andere genen rood of groen), je kunt zien welke genen bij elkaar horen (die worden tegelijk rood) en welke genen voor de werking en van geneesmiddelen verantwoordelijk zijn. Op iets eenvoudigs als de pijnstiller paracetamol reageren bjvoorbeeld al meer dan vijfhonderd genen.”

“Wat die genen allemaal precies doen met de pijnstiller weten we nog niet, maar het doel is om bepaalde patronen te herkennen in al die genen die reageren. Zijn er groepen genen die zich bij verschillende pijnstillers vergelijkbaar gedragen? Dat zijn dan waarschijnlijk genen die met de pijnstilling te maken hebben.”

“Het toepassen van DNA-chips is maar een van de vele nieuwe ontwikkelingen in de biochemie. Het vergelijken en verwerken van steeds grotere hoeveelheden biologische, genetische en moleculaire gegevens is de kern van de bio informatica. Steeds beter ‘zien’ we wat medicijnen precies doen, en we leren tegelijk langzaam maar zeker welke functies de genen hebben. Die kennis kunnen we gebruiken voor een efficiëntere ontwikkeling van beter werkzame en veiliger geneesmiddelen”.

Dit artikel is een publicatie van VU Amsterdam, Faculteit der Exacte Wetenschappen.
© VU Amsterdam, Faculteit der Exacte Wetenschappen, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 januari 2007
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.