Nieuws

2 dec 16 dwdd university Robbert Dijkgraaf zeer boeiend college: terugzien!
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 ]

27 oktober 2011

Wat doet DNA in de hersenen?

De hersenen zijn niet meer het exclusieve terrein van hersenwetenschappers. Genetici hebben nu voor het eerst laten zien wat DNA doet in de hersenen. Wat doet DNA in de hersenen? Iedere levende cel heeft DNA, dus ook de cellen in de hersenen. Dus ook zenuwcellen hebben DNA. Zenuwcellen in de hersenen vuren niet alleen maar electrische signalen af zoals in alle schoolboeken staat, maar ze doen ook aan het aflezen van DNA. DNA zit niet alleen in de hersenen, DNA doet ook iets in de hersenen. Want DNA alleen is dood. Het moet gelezen worden, anders heb je er niets aan.

Wat is nieuw?
Het aflezen van DNA in verschillende delen van de hersenen is nu voor het eerst onderzocht (16 verschillende hersendelen). Het uitlezen van DNA verandert vooral in de ontwikkeling van verschillende delen van het embryonale brein, maar ook na de geboorte en bij volwassenen.

Hoeveel genen?
Van de onderzochte 17.565 genen was 86% actief op een bepaald tijdstip en bepaalde plaats gedurende de ontwikkeling van de hersenen. Dat is heel veel. Het totaal aantal menselijke genen wordt geschat op 22.000 afhankelijk van hoe je een gen definieert.

Verschillen man en vrouw?
Ook is gevonden dat het uitlezen van DNA bij mannen en vrouwen al verschilt in het brein van het embryo. Die verschillen in het brein van man en vrouw verschillen dus al in de baarmoeder. Het verschil tussen man en vrouw is zelfs het grootste in de baarmoeder. Om precies te zijn: er zijn 159 genes gevonden waarvan 13 genen op het Y-chromosoom liggen, 9 genen op het X-chromosoom en 137 genen op de resterende chromosomen. Er is zelfs alternative splicing gevonden die bij mannen en vrouwen verschilt (introns worden op verschillende manieren uitgeknipt!).

Introns en exons: alternative splicing? (29 oct)
Ik heb eerder geblogd over introns en alternative splicing (hier bijvoorbeeld). De vraag was: wat is het nut van introns als ze toch uitgeknipt worden? Het blijkt dat introns aanleiding kunnen zijn dat sommige exons ook uitgeknipt worden afhankelijk van het celtype. Daardoor ontstaan er verschillende eiwitten op basis van hetzelfde gen (zeg maar: 'multiple choice genen'). Dus de keuze van exons die terechtkomen in een eiwit verschilt.
Gebeurt dit ook in de hersenen?
Verbazingwekkend genoeg blijkt dat 90% van alle genen die in de hersenen actief zijn te maken had met alternative splicing. Hierdoor is alternative splicing enorm in belang toegenomen en nu dus ook in de hersenen en met name in de ontwikkeling van de embryonale hersenen.

Zijn dat hersenen van levende personen?
Nee, het zijn hersenen van 57 overleden personen die hun hersenen afgestaan hebben voor onderzoek. Het zijn hersenen van gezonde personen.

Leren we iets over pathologie?
De bestudeerde hersenen waren van gezonde personen en embryos, maar de gegevens die nu gepubliceerd zijn vormen een basis om het zieke en gezonde brein te vergelijken. Zonder kennis van het gezonde brein kun je immers niets zeggen over het zieke brein. En in de directe toekomst mens - chimpanzee vergelijkingen. De onderzoekers hebben al verschillen gevonden in genen waarvan we al weten dat ze betrokken zijn bij ziektes als schizofrenie, hersenbloeding of herseninfarct. 

Literatuur

Hyo Jung Kang et al (2011) Spatio-temporal transcriptome of the human brain, Nature 27 oct 2011

Postscript 29 oct: paragraaf Introns en exons toegevoegd.

12 opmerkingen:

harry pinxteren zei

gert, ik begrijp (uit samenvattingen links en rechts, Nature is me te duur!) dat ook gevonden is dat genetische variatie in het genoom als geheel geen effect had op variatie in het transcriptoom als geheel, dus ondanks die plm 1.5 miljoen DNA variaties die ons uniek maken. Dwz dat ondanks onze (enorme) (neuro)diversiteit, al onze cortexen dus ongeveer dezelfde moleculaire architectuur hebben. Is dat geen buitengewoon opvallend resultaat, zeker in verband met de diagnostiek -en niet te vergeten de behandeling- van psychopathologie: wel verschillen in genexpressies, in transcriptoom, maar allemaal bijna dezelfde moleculen? Temeer omdat ook nog gevonden is dat meer dan 90% van de genen die in onze hersens tot expressie komen, verschillend worden gereguleerd in verschillende hersengebieden en of in verschillende periodes van ontwikkeling.
zie Carlo Colantuoni,et al. Temporal dynamics and genetic control of transcription in the human prefrontal cortex. Nature, 2011; 478 (7370): 519 DOI: 10.1038/nature10524

gert korthof zei

Harry, ik herinner me zoiets maar kan het niet meer terug vinden. wat ik wel kan terugvinden is de conclusie:
we identified:
39 genen in neocortex (11 deelgebieden), (NCX),
8 genen in hippocampus (HIP),
4 genen in amygdala (AMY)
2 genen in striatum (STR)
6 genen in mediodorsal nucleus of the thalamus (MD)
5 genen in cerebellar cortex (CBC)
with evidence of cis-eQTL (quantitative trait loci binnen 10 kilobases vanaf start of stopsite van het gen),
Consistent with previous studies48, associated SNPs were enriched near transcription start and termination sites.
An example of a significant association in NCX, MD and CBC is that between SNP rs10785190 and GLIPR1L2, a member of the glioma pathogenesis-related 1 family of genes.
Thus, we have identified polymorphic regulators of transcription in different regions across development, potentially providing insights into inter-individual differences and genetic control of the brain transcriptome.
Er zijn dus wel een paar significante SNPs gevonden.
Maar het begint pas interessant te worden wanneer het pathologisch brein vergeleken wordt.

Ik heb bovendien een paragraaf over alternative splicing toegevoegd na herlezing van het artikel. Ik hoef jou niet te zeggen dat hiermee niet alle introns een functie hebben gekregen, zeker niet de hele basevolgorde van introns!

gert korthof zei

Harry, als je dus prenataal pathologie in de hersenen zou willen aantonen, zou ik niet gaan voor SNPs maar bijvoorbeeld voor foute alternative splicing die in hoge mate samengaat met pathologie, dus hoog voorspellend vermogen heeft, een risico mutatie dus. Je moet een (splicing) mutatie hebben die je vroeg kunt aantonen, nog voordat de hersenen gevormd zijn uiteraard. Anders hebben je geen predictieve test. Je kunt moeilijk op de pathologische structuur van de embryonale hersenen zelf afgaan, want dan ben je al te ver in de zwangerschap...

gert korthof zei

Bespreking van Paul Feyerabend book The Tyranny of Science in PLoS Biology
plus: Rethinking Feyerabend: The “Worst Enemy of Science”?

Harry deze is ook interessant:
Accelerated Recruitment of New Brain Development Genes into the Human Genome
in PLoS Biology.

harry pinxteren zei

gert, bedankt voor je aanvullingen en verwijzingen.

ja, ongelooflijk interessant. Zhang et al (Plos) vonden maar liefst 1300 nieuwe genen waarvan 13% betrokken bij regulatie en de rest bij heel nieuwe functies. Maar Hya Jung Kang et al vonden dus dat 90% van alle genen die in de hersenen actief zijn te maken hheeft met alternative splicing, zeg dus met regulatie. Het verschil zit hem dus toch vooral in hoe je je genen gebruikt?!

Wat je opmerking over prenataal hersenonderzoek betreft: als het om pathalogie gaat, is dat zeker zeer interessant en er zijn al heel veel aanwijzingen dat het daar met schizofrenie en autisme al fout gaat. Maar interessant lijkt me ook- en makkelijker te onderzoeken toch?- te kijken wat er allemaal fout kan gaan met gen-expressie op latere leeftijd en met welke symptomen/syndromen dat samenhangt. Dus je laatste zin snap ik niet helemaal: als je effecten van mutaties wil voorspellen klopt het, maar als je samenhangen op wil sporen moet je juist verder zoeken, in de vorming van hersenen die constant in 'ontwikkeling' zijn/blijven. Toch? Veel pathologieen zijn weliswaar vroeg 'aangelegd' maar ze moeten vaak ook getriggerd worden- en die triggering hangt ook vaak samen met de ernst van de klachten.

Overigens, naast het genoom hebben we dus het transcriptoom (ik kende die term niet). Maar we hebben ook nog het proteoom: we kunnen dus wel dezelfde (eiwit)molecules in ons hoofd hebben, maar die kunnen heel verschillend zijn georganiseerd en geconcenteerd. Lijkt me. Of zit ik er naast?

En dan hebben we ook nog het connectoom....

gert korthof zei

Zeer tendentieus artikel van Hans van Maanen. Kom ik op terug.

nand braam zei
Deze reactie is verwijderd door een blogbeheerder.
harry pinxteren zei

zie ook:
The Ductile Helix: "Jumping Genes" May Influence Brain Activity

Mobile DNA elements called retrotransposons may be a source of genetic variation in nerve cells

http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=ductile-helix-jumping

gert korthof zei

Ok, Harry, thanks very much!
Genetica heeft nu definitief zijn intrede in het menselijk brein gezet!
Wel wordt ik er enigszins nerveus van: willekeurige inserties van retrotransposons in mijn hersenen terwijl ik hard probeer logisch te denken.

harry pinxteren zei

jumping to conclusions, huh, gert?! ;-)
maar het wordt steeds interessanter.

gert korthof zei

je bedoelt: jumping genes >>> jumping to conclusions?

harry pinxteren zei

ja, en wie weet is het meer dan een woordgrapje!
In onze hersens kan een enkel bitje namelijk al een gigantisch verschil maken (zoals Gell-Mann ooit suggereerde, want niet alle bits zijn gelijk). En dat geldt helemaal voor die jumping genes, want dat zijn er dus nogal wat. 'genomic plasticity' werd het in een commentaar genoemd. Die EP-ers kunnen in ieder geval hun borst alvast nat maken! ;-)

(overigens had ik ook op je andere blog gereageerd, maar de discussie is daar - vreemd genoeg- helemaal stilgevallen).