Nieuws

21 nov 16: Persbericht: KNAW: genome editing vraagt om publiek debat en heldere regelgeving
18 nov 16: Volkswagen schrapt 30.000 banen door dieselschandaal en transitie naar elektrische auto
16 nov 16: 100.000e elektrische auto rijdt op de Nederlandse weg (AD)
10 nov 16: Is Erik Verlinde de nieuwe Einstein? Sterrenkundige Margot Brouwers resultaten wijzen er op dat Verlindes theorie klopt!
8 nov 16: Nederlander Erik Verlinde komt met baanbrekende theorie over zwaartekracht
8 nov 16: Chimpansees winden draderige algen als spaghetti om een stokje nrc
6 nov 16: The Origami Code. NPO 2 Zondag 6 nov 2016 19:15. Kijk de aflevering hier terug. Is zeer de moeite waard!

*) zie hier. [ Archief Actualiteiten ]

25 januari 2011

Introns voor beginuitknippenners

Introns zijn belangrijker voor de evolutietheorie dan ik mij tot nu toe realiseerde (zie mijn blog van 7 jan over Senapathy). Maar, wat zijn introns? Introns zijn stukjes DNA in een gen die je niet terug vindt in het eiwit.
DNA: Introns voor beginuitknippenners
eiwit:   Introns voor beginners
Als 'Introns voor beginuitknippenners' een gen is, is uitknippen het intron, en 'Introns voor beginners' is het eiwit. Op een willekeurige plek lijken letters of woorden ingevoegd te zijn. Om een leesbare zin te krijgen moeten de ingevoegde letters weer verwijderd worden. Bijna alle menselijke genen hebben introns die er weer uitgehaald moeten worden op het moment dat er een eiwit gemaakt wordt. Bizar en erg omslachtig. Waarom zit het er dan in? Het werkt kennelijk. Daar moet U het voorlopig mee doen. Maar de toestand is feitelijk nog ernstiger. Er kunnen meerdere introns in een gen zitten:
DNA: Introns vouitknippenor beginuitknippenners (bevat 2 introns)
eiwit:   Introns voor beginners  (2 introns uitgeknipt)
Hier zitten 2 introns in het DNA die er netjes uitgeknipt zijn. Gelukkig maar.

Onverwachts
De ontdekking van introns in 1977 was een totaal onverwachts. Niemand had het voorspeld. Ook de evolutietheorie niet. Aanvankelijk waren er alleen technieken om de aminozuur volgorde in eiwitten te analyseren. Die kun je dan 'terugrekenen' naar de base volgorde in het DNA. Pas toen men dat ging vergelijken met de werkelijk volgorde in het DNA bleek dat er onzin stukken middenin genen zaten die helemaal niet in eiwitten zaten. Dat was een ontdekking met verstrekkende gevolgen voor de genetica en de evolutietheorie.

Probleem 1: Inefficient. Iedere keer als er een eiwit aangemaakt moet worden, moeten die overbodige stukjes eruit geknipt worden. Dat betekent feitelijk dat je cellen de hele dag bezig zijn die stukjes eruit te knippen als je eiwitten nodig hebt. Je hele leven. Dit is ontzettend omslachtig en inefficient. Die onzin stukjes blijven nl. in je genen zitten. Ze worden slechts geknipt uit de DNA-copie die voor eiwitproductie gebruikt wordt. Het DNA met ingevoegde stukjes introns worden nauwkeurig doorgegeven naar de volgende generatie. Men noemt dat: een probleem doorschuiven naar de volgende generatie!

Probleem 2: Knipfouten. Als je bedenkt dat de exacte volgorde in het DNA 1 : 1 vertaald wordt naar een eiwit, dan zijn die stukjes overbodig DNA midden in een gen toch wel erg riskant. Als het intron er niet exact uitgeknipt wordt kan het een verkeerd eiwit opleveren. In het volgend voorbeeld wordt het intron er niet uitgeknipt door een mutatie in het intron zelf:
DNA: Introns vouitklippenor beginners (mutatie in intron: n is vervangen door l )
eiwit: Introns vouitklippenor beginners  (fout eiwit: te lang)
of als er twee gemuteerde introns in zitten kan dit gebeuren:
DNA: Introns vouitflippenor beginuitflippenners (bevat 2 gemuteerde introns)
eiwit: Introns voners (fout eiwit : te kort)
In dit laatste eiwit zijn er niet alleen 2 introns uit geknipt maar ook het stuk tekst tussen de twee introns. Teveel dus. Een sterk ingekort eiwit ontstaat. Zoals U ziet: introns zijn gevaarlijk. Er kan iets behoorlijk mis gaan als er niet goed geknipt wordt.

Probleem 3: Wat is het evolutionair nut? Als die introns nutteloos of zelfs schadelijk of inefficient of riskant zijn, waarom zijn ze niet weggeselecteerd door natuurlijke selectie? Waarom zijn ze er nog? Schadelijke mutatie's worden toch verwijderd door natuurlijke selectie? Hier zit een complicatie: introns zijn geen echte mutaties. Echte mutaties komen tot uiting in het eiwit. Maar introns komen nu juist niet tot uiting in het eiwit. Ze worden er immers per definitie uitgeknipt. Bovendien zijn introns karakteristiek voor de mens als soort. Iedereen heeft ze. Dat geldt niet voor mutatie's.
Misschien zijn ze er omdat introns er altijd (meestal) op een betrouwbare manier uitgeknipt worden?  Is dat een dooddoener? Tsja, het is een omslachtige methode, maar het eindresultaat is een correct eiwit en een gezond individu. Maar zelfs als het intron er correct uitgeknipt wordt, zijn introns niet een beetje nadelig? En als ze in vrijwel alle genen zitten, is dat niet behoorlijk nadelig? Heeft al dat knippen niet een vertragend effect? Het is extra werk. Zou het niet sneller gaan zonder al dat knippen? We kunnen het efficiëntie argument in de evolutiebiologie niet zo maar overboord gooien. Daarvoor is het te belangrijk. Dus we blijven toch met een probleempje zitten. Als ik in een Ontwerper geloofde zou ik zeggen: slecht ontwerp meneer de Ontwerper! Dat moet beter kunnen!

(volgende blog: Introns voor gevorderden...)

19 opmerkingen:

Gerdien de Jong zei

De ontdekking van introns in 1977 was een totaal onverwachts. Niemand had het voorspeld. Ook de evolutietheorie niet.
De evolutietheorie voorspelt dit soort zaken per definitie niet: evenmin als dat de evolutietheorie voorspelt hoeveel vingers en tenen een beest heeft, of poten.

Bovendien zijn introns karakteristiek voor de mens als soort.
?????

gert korthof zei

Gerdien schreef "De evolutietheorie voorspelt dit soort zaken per definitie niet: evenmin als dat de evolutietheorie voorspelt hoeveel vingers en tenen een beest heeft, of poten."

OK, maar 'per definitie' gaat mij véél te ver. Staat dit in jouw evolutiehandboek? Laat zien! Ik vind het belangrijk om niet een te hoog voorspellend vermogen aan de evolutietheorie toe te schrijven. Vooral naar de buitenwereld toe. ET kan wel conditionele voorspellingen doen: als beest X 10 vingers heeft, dan beest Y ook.

"Bovendien zijn introns karakteristiek voor de mens als soort" in tegenstelling tot mutatie's die individueel zijn! Ik geef toe dat de zin verwarrend kan zijn. Maar: dit is voor beginners.
Verder nog iets?

Jan Riemersma zei

Ik ben een beginner en ik begreep dat bedoeld werd: introns zijn karakteristiek voor de mens als soort (=alle mensen hebben introns). Gerdien is een wel zeer deskundige gevorderde. Gerdien begrijpt het niet, ik begrijp het wel: je hebt de taal van de beginner dus goed weten te treffen. Nu maar hopen dat ik je morgen nog kan volgen.

Gerdien de Jong zei

Bovendien zijn introns karakteristiek voor de mens als soort.
Ik begon te lezen dat 'introns hebben' een kenmerk van mensen was, niet van andere beesten.

Arno Wouters zei

@Jan: ik denk niet dat Gert met "introns zijn karakteristiek voor de menselijke soort" bedoelt te zeggen "alle mensen hebben introns". Hij contrasteert introns immers met mutaties en "alle mensen hebben mutaties" is net zo waar als "alle mensen hebben introns". Ik vermoed dat Gert bedoelt "welke introns we hebben is karakteristiek voor de menselijke soort, welke mutaties we hebben niet" ofwel 'alle mensen hebben dezelfde introns maar niet alle mensen hebben dezelfde mutaties". Gert?

Andantinaa zei

Volgens mij heb ik het ook begrepen! DNA is synoniem met gen. In elke cel zitten alle genen die je hebt. In een cel moet eiwit worden gemaakt, want anders werkt hij niet. En dan moet je dus steeds knippen. Inderdaad raar en omslachtig. Weten "ze" al waarom dat moet of is dat alleen voor de gevorderden?

gert korthof zei

Arno, beide vermoedens zijn correct. Je zegt het heel goed. Had ik dat maar opgeschreven!
Je kunt het pas echt goed uitleggen als je ook andere dieren en planten erbij betrekt, wat ik nog niet gedaan heb. Komt in een volgend blog...
De vergelijking met mutaties leek me wel aardig omdat introns onderdeel zijn van de structuur, architectuur van het genoom, en mutaties niet. Toch zijn mutaties en introns beide in zekere zin schadelijk/nadelig, maar op een andere manier.

gert korthof zei

Andantinaa, Ja, OK, maar je kunt beter zeggen een gen is een functionele eenheid, en bestaat chemisch gezien uit DNA (DNA is in feite een chemische stof!).
Weten "ze" al waarom dat moet: er moet domweg geknipt worden anders krijg je een verkeerd eiwit. Het is knippen of doodgaan! Maar waarom dat hele knipsysteem bestaat daar zijn de geleerden het nog niet over eens. Er zijn wel hypotheses...

Anoniem zei

Zou het niet kunnen dat introns oorspronkelijk wel mutaties waren (b.v. via insertie of door endogene retrovirussen) en dat het knipwerk de oplossing was die evolutie daarvoor heeft "bedacht"?

gert korthof zei

Heel kort antwoord: ja, dat kan. Het is en blijft voorlopig nog een hypothese. De volgende blog gooi ik er nog wat data tegenaan. Het heeft allemaal verbazingwekkende consequenties voor de oorsprong van de fundamentele architectuur van het eukaryotisch genome en zelfs het ontstaan van het leven... Fundamenteler kan het niet. Introns zijn niet niks...

Wim zei

Introns zijn natuurlijk wel erg nuttig vanuit het standpunt van het (zelfzuchtige) intron: zijn bestaan hangt er namelijk van af!

gert korthof zei

Hallo Wim! Wat een bestaan hebben introns: er steeds uitgeknipt worden, en dan direct vernietigd worden, nooit de celkern uitmogen en nooit een eiwit mogen worden! dat is toch een tweederangs bestaan? Vraag: aan wiens kant staat evolutie: die van het organisme of van het intron?

Wim zei

Beide zienswijzen zijn juist, afhankelijk van wat je ermee wil verklaren, denk ik? Alleszins een intrigerend vraagstuk. Ik ben benieuwd naar je vervolgblog!

Anoniem zei

Zonder intronen geen splicing, toch?
Geen splicing dan ook geen alternatieve splicing.
En laat alternatieve splicing er nu voor zorgen dat van één gen, van één pre-mRNA verschillende mRNA's gemaakt kunnen worden.

gert korthof zei

A: Zonder intronen geen splicing. Ik vraag me af, hoe je dat proces kunt controleren, heeft het genoom nog enige invloed op welke mRNA producten er geproduceerd worden? Alle producten in dezelfde verhouding? etc etc Wat als er één voordelig is en de ander nadelig? dat soort dingen.

Bastiaan zei

In hoeverre het genoom zelf invloed heeft op welke mRNA producten er gevormd worden weet ik niet. De omgeving heeft er wel invloed op.
In verschillende weefsels bijvoorbeeld kunnen verschillende isovormen van een eiwit voorkomen als gevolg van alternatieve splicing. Een ander voorbeeld is een verandering in pre-mRNA splicing gedurende de embryonale ontwikkeling.
Hoe dit precies gereguleerd wordt weet ik niet, maar ik me voorstellen dat het eiwit-RNA-complex verantwoordelijk voor splicing(spliceosome) hier een belangrijke rol in speelt.
Wanneer deze regulatie er niet is zou het met niet verbazen dat alle producten in dezelfde verhouding voorkomen. Er is wel een eiwit bekend waarvan twee isovormen bestaan in de verhouding 50-50, die gevormd worden d.m.v. alternatieve splicing van een gedupliceerd exon.

gert korthof zei

Bastiaan, bedankt voor deze reactie. Ik ben geen alternative splicing expert, maar ik kan me voorstellen dat ongecontroleerde alternative splicing niet voordelig is, want dan zou het random zijn. Als je embryonale processen wilt sturen, moet je ook alternative splicing controleren. Zou reproduceerbare resultaten moeten opleveren, toch?

Bastiaan zei

Hoe de regulatie van alternatieve splicing precies plaatsvindt weet ik niet. Een zoektocht in PubMed levert veel artikelen op die over dit onderwerp gaan. Er is dus zeker het nodige over te vinden.

Rob van der Vlugt zei

"Als ik in een Ontwerper geloofde zou ik zeggen: slecht ontwerp meneer de Ontwerper! Dat moet beter kunnen!"

Ik pak de duurste fles uit mijn verzameling en kom hem je persoonlijk brengen als je op de proppen komt met een creationist/ID-er die dat inderdaad uit zijn strot krijgt.