Onderzoekers van ERIBA, Radboud UMC, XJTU, Saarland University, Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) en UMC Utrecht hebben een grote stap gezet in het beter begrijpen van het menselijk DNA. Door voor 250 Nederlandse families alle variaties in hun DNA in kaart te brengen, hebben de onderzoekers weer een stuk van de 'donkere materie', het grote onbekende, van het menselijk genoom weten uit te pluizen. Deze nieuwe informatie maakt het mogelijk voor onderzoekers om variaties in het DNA te bestuderen en de resultaten te gebruiken om genetische ziektes beter te begrijpen. Deze bevindingen werden op 6 oktober gepubliceerd in het wetenschappelijke vakblad Nature Communications.
Onze kennis van het menselijk DNA mag dan omvangrijk zijn, we weten nog lang niet alles. Wanneer we bijvoorbeeld willen weten welke veranderingen in ons DNA verantwoordelijk zijn voor een bepaalde ziekte, dan blijken we vaak onvoldoende informatie te hebben. Dat heeft te maken met het feit dat het DNA van geen twee personen exact gelijk is. Zelfs eeneiige tweelingen hebben verschillen in hun DNA zitten die daar tijdens de ontwikkeling in gekomen zijn. Sommige verschillen zorgen dat we er niet allemaal hetzelfde uit zien, en andere bepalen hoe vatbaar we zijn voor bepaalde ziektes. Kennis over de mogelijke verschillen kan ons daarom veel vertellen over specifieke gezondheidsrisico's, en is een eerste stap in de richting van gepersonaliseerde medische zorg. Veel kleine variaties in het genoom - het geheel van genetische informatie in de cel- zijn al gedocumenteerd. Ondanks dat al langer bekend is dat grotere structurele variaties een belangrijke rol spelen in veel erfelijke ziektes zijn deze lastiger te detecteren en daardoor in veel mindere mate bestudeerd.
Door het DNA van 250 gezonde Nederlandse families te vergelijken met de referentie DNA database, wisten de onderzoekers 1,9 miljoen grotere variaties in kaart te brengen. Onder dit soort variaties vallen bijvoorbeeld stukken DNA die verdwenen zijn, verplaatst zijn of zelfs ineens ergens verschijnen. Wanneer dit voorkomt midden in de genetische informatie voor bijvoorbeeld een eiwit, dan is de kans groot dat de functionaliteit van het gen, en daarmee de eiwitproductie, verstoord is. Het komt echter vaak voor dat er een stuk extra DNA gevonden wordt vlak naast dit zogenaamde coderende gedeelte. Het effect daarvan is vaak moeilijk te voorspellen. In het zojuist verschenen artikel worden twee gevallen beschreven waarbij variaties gevonden werden net buiten het coderende gedeelte van een gen. In deze gevallen hadden de variaties duidelijk een aantoonbaar effect op de genregulatie. Dit geeft aan dat ook dergelijke variaties goed in de gaten gehouden moeten worden in toekomstige DNA screenings op gezondheidsrisico's. De catalogus van variaties die dit onderzoek opgeleverd heeft, stelt andere wetenschappers in staat om grotere structurele variaties te voorspellen vanuit het bekende profiel van kleine variaties. Daarmee schept deze techniek nieuwe mogelijkheden voor het bestuderen van het effect van de grotere variaties.
Daarnaast zijn in het onderzoek ook grote stukken DNA gevonden die niet in de referentiedatabase stonden. Dit 'extra' DNA bevat echter wel stukken die bij de productie van bepaalde eiwitten betrokken zouden kunnen zijn. Zo wordt in het artikel een nieuw 'ZNF'-gen beschreven dat nooit eerder bij mensen gevonden is. Toch blijkt het bij ongeveer de helft van Nederlandse bevolking aanwezig te zijn. Het gevonden gen is een type uit de familie van ZNF-genen dat al bekend was uit de referentiedatabase van verscheidene soorten mensapen. De nieuwe variant zal nu toegevoegd worden aan de database voor mensen. In het artikel wordt aangetoond dat het gen ook aanwezig is in andere menselijke populatiestudies van over de hele wereld. De functie ervan blijft vooralsnog echter onbekend. Dat deze en andere stukken 'donkere materie' nu een plek op de genetische kaart gekregen hebben, geeft onderzoekers van over de hele wereld de gelegenheid ze te bestuderen en genetische ziekten beter te leren begrijpen.
De studie maakt deel uit van het Genoom van Nederland (GoNL project). Een van de kerndoelen van deze studie is het in kaart brengen van het genoom van de Nederlandse bevolking en de variaties daarin. Verscheidene teams van bio-informatici uit binnen en buitenland werken constant aan nieuwe algoritmes voor data-analyse en innovatieve manieren om bestaande algoritmes te combineren. Het resultaat: een representatief beeld van het genoom van de Nederlandse bevolking en daarmee hopelijk een goede basis voor de gepersonaliseerde medische zorg van de toekomst.
(*) Het onderzoeksconsortium bestaat uit:
- ERIBA: European Research Institute for the Biology of Ageing, Rijksuniversiteit Groningen, Universitair Medisch Centrum Groningen, Groningen
- Radboud UMC: Department of Human Genetics, Donders Institute, Radboud Universitair Medisch Centrum, Nijmegen
- XJTU: Xi'an Jiaotong University, Xi'an, China
- Saarland University: Center for Bioinformatics, Saarland University, Saarbrücken, Germany
- CWI: Life Sciences Group, Centrum Wiskunde & Informatica, Amsterdam
- UMC Utrecht: Center for Molecular Medicine, Division of Biomedical Genetics, Universitair Medisch Centrum Utrecht, Utrecht
Bron: gezamenlijk persbericht ERIBA/UMCG, Radboud UMC, XJTU, Saarland University, CWI en UMC Utrecht.
Meer informatie: 'A high-quality human reference panel reveals the complexity and distribution of genomic structural variants': https://doi.org/10.1038/ncomms12989
Het Genoom van Nederland, GoNL: http://www.nlgenome.nl/
Vanuit het CWI is onderzoeker Alexander Schönhuth (Life Sciences Group) betrokken bij dit onderzoek. Zie ook eerdere berichten over diens Vidi-grant (2013) en een artikel in het Annual Report 2014 (p16 en verder).
Foto: Artist's impression van DNA sequencing. Bron: Shutterstock.
