Een opvallend positief artikel What Makes Each Brain Unique over de effecten van jumping in genes in het maart nummer van Scientific American. De effecten van jumping genes (L1) in de hersenen zouden verklaren waarom identieke tweelingen toch genetisch verschillen.
Verder suggereren de auteurs op het eind van hun artikel dat jumping genes (ik citeer maar letterlijk omdat het nogal een vage, geheimzinnige formulering is):
"That finding lends credence to the notion that the L1 elements may have helped build brains that can process information about the environment rapidly and that can thus more readily meet the challenges of ever changing environmental and climatic conditions." (p.25).Behalve ontzettend vaag en algemeen, komt het er op neer dat willekeurige wijzigingen toebrengen aan genen en gen activiteit in de hersenen heel nuttig kan zijn voor uw reactie vermogen! Klimaat? Zondermeer bizar. Het verhaal is zelfs gepromoveerd tot coverstory. Op de omslag staat (vertaald): hoe jumping genes in de hersenen ieder persoon uniek maken. (bedoelen ze unieke beschadigingen?) Er wordt nog wel gewezen op een relatie met Rett syndrome, autisme en schizofrenie, maar de toon van het artikel is dat jumping genes vooral positieve effecten hebben, en variatie introduceren.
Dit alles staat haaks op het idee dat de integriteit van het menselijk genoom bewaakt wordt door uitgebreide DNA-repair systemen, het onderwerp van mijn vorige blogs. Al deze jumping genes brengen een hoop verwarring in een onderwerp wat tot nu toe begrijpelijk leek.
Er is een begeleidend web-only verhaal Jumping Genes in the Brain Are Tied to Autism (February 2012) dat wel aandacht besteedt aan nadelige effecten van jumping genes.
In 2011 had Scientific American ook al (positieve) aandacht voor jumping genes: The Ductile Helix: "Jumping Genes" May Influence Brain Activity - Mobile DNA elements called retrotransposons may be a source of genetic variation in nerve cells. (gratis artikel op website). [ductile = plastisch, vervormbaar]
Op het blog van Marleen staat nog een link naar: Mobile DNA transposition in somatic cells (is een gratis pdf).
Het is inderdaad een vreemd artikel. Op zich erg interessant dat deze jumping genes zich bijna uitsluitend bewegen in delen van het brein, maar dat dit positief zou zijn klinkt erg onwaarschijnlijk.
ReplyDeleteDe auteurs beweren van de ene kant dat jumping genes zich random bewegen en van de andere kant dat zij ons leervermogen kunnen verbeteren. Deze twee uitspraken lijken me moeilijk te verenigen. Net zoals met mutaties het geval is, zullen willekeurige transposities van L1 door het genoom van de hersencellen eerder schade aanrichten dan voordelen opleveren. Vooralsnog blijkt het makkelijker aan te tonen dat jumping genes negatieve effecten hebben. Het is inderdaad ook waar dat eventuele positieve effecten niet aan te tonen zijn.
Ze speculeren over deze plasticiteit van het genoom in de hersencellen als zijnde een mogelijk voordeel en zelfs een reden waarom de mens zo intelligent geworden is.
'It also appears that, in some cases, our genomes have commandeered the genetic machinery of L1 retroelements to enhance our own survival, which is one reason that cells may sometimes allow, or even encourage, L1s to jump around the genome under carefully controlled conditions.'
Ze gaan hierin wel erg ver want daar bestaat absoluut geen bewijs voor.
@ marleen,
ReplyDeleteklopt geen bewijs, en ze gaan ver,
maar hebben Gage en Muotri dan helemaal geen argumenten volgens jou?
Om te beginnen gebruiken ze, wat je kunt noemen, het 'argument uit het ongerijmde' dat elke darwinist vtt wel een keer gebruikt: "The question remains: why has evolution not destroyed these vestiges of ancient viruses..?
Kennelijk zijn die jumping genes niet zo fataal, detrimentaal, als jij denkt.
Verder hebben ze een punt met: "L1-mediated effects do not need to be large and do not have to occur in many cells to influence behavior". Een klein verschil kan een groot gevolg hebben, zeker als het om hersens gaat: een bitje hoeft maar ergens in een neuron op het juiste moment om te vallen en je het een grandioos idee! ;-)
En tot slot, hebben ze ook nog een hele interessante suggestie: "the discovery that the only lineage of L1 jumping elements currently active in the human genome evolved about 2.7 million years ago, after the evolutionary split from chimmpanzees to bipedal humans – a time when our homonoid ancestors were first beginning to adopt the use of stone tools.
Kortom, de uitsmijter dat "L1 jumping genes seem to have been a collaborative partner in advancing the evolution of Homo sapiens" gaat ver, maar is uiteindelijk toch te onderzoeken. Of niet?
Harry, Marleen, e.a.
ReplyDeleteDe auteurs hebben inderdaad niet veel bewijs voor de nuttige effecten in cellen van de hersenen. Als dit tot individuele cellen van bepaalde hersengebieden beperkt blijft: dan is het een gigantische klus om experimenteel aan te tonen dat willekeurige inserties van L1 elementen gunstige effecten heeft. Hoe toon je dat aan? Tot nu toe alleen speculatie!
L1 elementen zijn helemaal niet beperkt tot de mens, ze komen voor in zoogdieren. Ze zijn ook actief in de chimpanzee, zelfs recentelijk:
Different evolutionary fates of recently integrated human and chimpanzee LINE-1 retrotransposons. Wat ik niet weet is of ze ook actief zijn in chimpanzee hersenen. Dat is belangrijke ontbrekende informatie.
Ook is de omvang van L1 activiteit in de hersenen van de mens niet bekend en hoe dat ligt op populatieniveau: ieder mens of alleen in mensen met neurologische afwijkingen of aandoeningen?
@ Gert
ReplyDeletebedankt voor de interessante link
Het is een (te) technisch verhaal voor mij, maar dat 'Our results indicate that L1 elements have experienced different evolutionary fates in humans and chimpanzees within the past ~6 million years', lijkt me toch niet in strijd met wat Gage en Muotri beweren/speculeren
Dat geldt ook voor hun opmerking dat 'L1 elements have had very different evolutionary dynamics in the chimpanzee and human genomes, within the past ~6 myrs'
en:
'the number of retrotransposition-competent elements appears to be much higher in the human genome than in the chimpanzee genome. Nevertheless, in the human genome, only a subset of all retrotransposition-competent L1 elements may be responsible for most L1 insertions'
(die EP-ers zouden willen dat ze zo gefundeerd konden speculeren! ;-) )
Harry, je moet een onderscheid maken tussen L1
ReplyDelete- in het menselijk genoom als soortkenmerk,
- evolutionair in verschillende soorten,
- somatisch: de activiteit (mobiliteit en expressie) in een bepaald orgaan (geslachtsorgaan, hersenen).
Dat laatste verschilt van individu tot individu. Als het in de hersenen is erft het niet over.
@ gert
ReplyDeleteja en?
ik ben intussen zo ver dat ik die dingen kan onderscheiden.
gooi ik die dingen dan door mekaar?
of doen Gage en Muotri dat?
Harry, ik richtte mijn opmerkingen ten onrechte aan jouw adres. Ik was hardop aan het nadenken, en dat is hard nodig omdat het artikel wazig, verwarrend is en tegelijk zeer grandiose claims doet op basis van ontbrekende feiten !
ReplyDeleteIs er in de neurologie, hersenwetenschap ooit de behoefte gevoeld aan meer (genetische) diversiteit van hersencellen om informatie uit de buitenwereld te kunnen verwerken?
het lijkt erop dat de auteurs een 'oplossing' hebben bedacht voor een twijfelachtig slecht onderzocht verschijnsel (hypothetische massale somatische L1 transpositie) door een behoefte van de hersenen te verzinnen die helemaal niet bestaat of allang door bekende mechanismes wordt vervuld. Dit is toch wetenschappelijk zeer slordig te noemen. of de auterus hebben last van de zucht naar sensatie of de hoop dat ze aan de wieg staan van een paradigma wisseling...
(vervolg) wat we dus missen is essentiele achtergrond informatie over L1 transposons. Zo lees ik (Bergstrom, Dugatkin, 2012 p.357) dat er van de 500.000 L1 elements in het menselijk genoom nog maar 100 actief zijn, de rest is gedegenereerd en doen niets meer. Aan de andere kant wordt er in dat leerboek niet duidelijk bij verteld dat L1 transpositie in de germline plaatsvindt (anders zou het niet overerven). Al dit soort achtergrond informatie (veel meer dan wat ik hier noem) heb je nodig om het verhaal in Scientific American goed te kunnen beoordelen.
ReplyDelete@ gert,
ReplyDeleteja ik begreep je opmerking oprecht niet. Als Gage en Muotri speculeren over 2.7 miljoen jaar evolutie ga ik er van uit dat L1 elementen via de germline worden overgedragen, al WEET ik dat natuurlijk niet, en al die achtergrond informatie heb ik natuurlijk ook niet, maar anders hebben hun speculaties ueberhaupt geen zin. Dus ik ga er nog steeds van uit dat die L1 transposities niet (alleen) somatisch zijn. Maar random genexpressie is natuurlijk altijd interessant, zeker in de hersens! ;-)
Of Gage wil scoren weet ik niet. Doe je dat in een blaadje als Sci Am, als je gerespecteerd SALK medwerker bent?
Genetische fundering is altijd hard nodig. Anders blijft bijv de psychodiagnostiek erg vaag (cfr de huidige discussie over de DSM, en nb het Rett syndroom, waarover desgewenst meer) want zonder genetica hangt alle gespeculeer - zeker dat van de EP- echt in de lucht: evolutie zit in je genen. Toch? Waar anders?
Of je erg ver komt met genen als het om gedrag gaat, is een andere kwestie natuurlijk! ;-)
Verder, in verband met je onderwerp kom ik een must read tegen: Elphège P. Nora, et al Spatial partitioning of the regulatory landscape of the X-inactivation centre. Nature, 2012; DOI: 10.1038/nature11049
Ik heb al eens een soortgelijk verhaal gezien van het Broad instituut (zie mijn opmerking over die chromatine maps).
En de link met jouw informatie- en DNA blog is deze, volgens mij: jouw analogie gaat mank voorzover ons genoom gebruikt maakt van zijn ruimtelijke structuur. En dat vooral doet bij het regelen van het aan en uitzetten van genen. Dat doet geen een computer programma zo- al heeft de architectuur van een applicatie ook van alles met controle en excecutie etc te maken. Maar architectuur is daar louter metafoor. Ons genoom is echt ruimtelijk, met dat boven en onder en naast mekaar gevouwen.
Die lui van het Broad Instituut beweerden indertijd dat dat opvouwen optimaal was. Vandaar dat ik het in de discussie in probeerde te brengen. DNA is wel optimaal opgevouwen, - wat bij mekaar 'hoort' zit ook ruimtelijk vlak bij mekaar, maar het functioneert niet optimaal! Vreemd. Heel vreemd.
Harry schreef "jouw analogie gaat mank voorzover ons genoom gebruikt maakt van zijn ruimtelijke structuur."
ReplyDeletenatuurlijk gaat de analogie daar mank gaat, maar wil dat zeggen dat er geen informatie in DNA is opgeslagen?, dat er geen genetische informatie van de ouders naar kinderen wordt overgedragen?, dat de informatie in DNA niet naar een eiwit wordt vertaald? dat het hele evolutieproces een proces is van informatie overdracht?
Hoe wordt een eiwit gesynthetiseerd?
Hoe wordt een eiwit zoals hemoglobine, cytochroom, etc geproduceerd? Alle benodigde aminozuren bij elkaar gooien in een waterige oplossing van 37 graden, flink roeren gedurende 24 uur, en voila: je hebt hemoglobine!
We hebben sinds 1953 geleerd dat de lineaire volgorde van bases in het DNA 1 op 1 vertaald wordt naar de lineaire volgorde van aminozuren in eiwitten. Moeten we dat nu overboord gooien? laat horen aub!
En jij vindt serieus dat DNA-repair niet vergeleken mag worden met error-correction in de informatica? Laat horen! aub!
Ik zie de relatie van het onderzoek van Die lui van het Broad Instituut niet zo voor informatie overdracht en DNA repair of het onderwerp L1 transposons.
Optimaal: ik kan niet beoordelen of de claim van 'optimaal' waar is, of hoe je zoiets op zinnige manier zou kunnen testen, falsifieren.
De situatie met L1 transposons is al ingewikkeld genoeg, ik probeer uit alle macht om het te begrijpen, maar ik zie niet dat het onderzoek van Broad Instituut daarbij helpt.
gert, Ik heb niet beweerd dat je analogie helemaal mank gaat. 'voorzover' zei ik. Dat onderzoek van Nora et al, geeft een belangrijk punt aan waar je analogie mank gaat. Over al die andere punten die je hierboven noemt, heb ik het niet eens gehad, laat staan dat ik ze wil ontkennen. Waar maak je dat uit op? Implicatie?
DeleteEn passant herinnerde ik me nog een soort gelijk verhaal van het Broad instituut, waarin ze het over optimaliteit hebben. Dat leek me ook relevant ivm je eerder discussie. Ik heb aan dat onderzoek verder weinig toe te voegen, laat staan er ook maar een iota op af te dingen!
Verder speculeren over transposons en gedrag doe ik hieronder n.a.v. de opmerking van Marleen.
harry, inderdaad, ik maak dat op uit "Over al die andere punten die je hierboven noemt, heb ik het niet eens gehad, laat staan dat ik ze wil ontkennen"
DeleteAls de hoofdlijn van mijn blog over informatica en error-correction, genegeerd wordt, niet bevestigd, niet ontkend, dan vrees ik dat mijn blog mislukt is: het is mij niet gelukt hoe leuk, nuttig en interessant de vergelijking met error-correction in de informatie is met dna-repair in de biologie. Ik was er erg enthousiast over, maar het is me niet gelukt om dat enthousiasme over te brengen. Dat je uitsluitend ingaat op punten waarop de analogie mank gaat is zeer teleurstellend, te meer daar het de analogie helemaal niet ondergraaft!
Dus: als je niet zegt of je het met mijn hoofdpunt eens bent, maar je komt wel met kritiek op mijn analogie, dan concludeer ik dat je het belang van mijn hoofdpunt niet onderkent of zelfs wilt ondermijnen.
Jouw punt over ruimtelijke organisatie van dna en chromosomen, als het allemaal waar en relevant zou zijn, is hoogstens een toevoeging aan de hoofdwet van de moleculaire biologie (sinds 1953): de informatie in dna is lineair!. Al het andere is daar een afgeleide van. Net zo min wordt die hoofdwet ondergraven doordat eiwitten een driedimensionale structuur hebben waarop hun functie berust: dat kan alleen maar bestaan dankzij de fundementele lineaire volgorde van aminozuren. En lineaire volgorde van symbolen is per definitie nogal altijd informatie!
Harry, Het kan heel goed zijn dat jumping genes gedrag enz. beinvloeden, maar het zou verrassend zijn als dit in positieve zin was. Dat bitje dat omvalt kan misschien wel naar twee kanten omvallen.
ReplyDeleteZou het kunnen dat het genoom deze retrotransposons niet kan kwijtraken omdat er mettertijd steeds nieuwe bijkomen ?
Om meer te weten over transposons zal ik proberen er wat informatie over te verzamelen voor een blog. Het interesseert mij nu eigenlijk ook wel.
Marleen, niets zo interessant als expressie van (jumping) genes in onze hersens, zeker als het om gedrag gaat! Punt is volgens mij dat de stap van hersens naar gedrag onmetelijk veel groter is dan die van genen naar hersens- en die stap is al gigantisch. Er zitten - minstens- een miljoen keer meer bits in onze hersens dan in ons genoom. En die werken niet alleen flexibeler maar ook sneller, want bits komen in die neuronen ook electrisch tot ‘expressie’. Als het om gedrag gaat is het verschil tussen positief en negatief vaak ook niet eenduidig. Een puntmutatie kan op chemisch niveau fataal zijn, maar op gedragsniveau misschien nauwelijks verschil maken. En omgekeerd kan op gedragsniveau een enkel goed maar ook verkeerd gevallen bitje de geschiedenis veranderen! (Eerder hebben we het al gehad over dit Gell-Mann principe: niet alle bits zijn gelijk). Er is hier geen verschil tussen de effecten van jumping genes en hoe noem je die, ‘gewone’ ,’ vaste ‘ genen? ;-)
DeleteIk zou dus ook niet weten waarom wat Nora et al (zie boven) het 'regulatory landscape' noemen omdat dat zo'n belangrijke rol speelt bij het bepalen van (complexen) genexpressies en vooral het effect van mutaties, waarom dat landschap voor die transposons een uitzondering zou maken: het lijkt me, om te beginnen maar de vraag of die inderdaad echt zomaar overal –random - landje kunnen pikken, om in de metafoor te blijven. Hoeveel loze sprongen zouden er zijn? (Er zijn schattingen dat de communicatie tussen onze neuronen voor 90% uit ruis bestaat! En dat zou helemaal geen probleem zijn. Integendeel! ;-) )
Harry, nog een resultaat dat de hoofdwet van de moleculaire biologie, de lineariteit van de genetische informatie, om zeep helpt: Extrachromosomal MicroDNAs and Chromosomal Microdeletions in Normal Tissues, Science 6 April 2012 waarin tienduizenden stukjes circulair dna wordt aangetoond in embryonale hersenen (!) van de muis ........
ReplyDelete@ gert je maakt me hartstikke jaloers! Jullie vak leeft, nee het zindert, een lust voor het verstand!
ReplyDeleteen wat hebben wij, arme zielkundigen? Frauderende minkukels met non-onderwerpen.. (heb je je trouwens wel eens gerealiseerd hoe erg het zou zijn als de man serieus onderzoek had gepleegd naar die onzin?! ;-) )
Dank, dank, mede namens vrouw, kinderen en kleinkinderen!