Chromosomen hebben breuklijnen voor crossingover

Het uitwisselen van chromosoombrokken (`crossingover', recombinatie), voorafgaand aan de vorming van ei- en spermacellen, blijkt geen volstrekt willekeurig proces. Op de chromosomen liggen hotspots met een 10.000 keer verhoogde kans om als breukplaats bij een crossingover te fungeren. Volgens Britse onderzoekers is kennis over deze hotspots belangrijk voor het begrijpen van patronen van overerfende ziektes en voor kennis over de snelheid waarmee bevolkingsgroepen zich over de wereld hebben verspreid (Science, 23 april).

Crossingover vindt plaats als een daartoe voorbestemde lichaamscel zich opmaakt voor een celdeling waaruit geslachtscellen (sperma- of eicellen) ontstaan. Iedere lichaamscel bevat twee complete sets chromosomen. Eén van de beide chromosomen van een paar is oorspronkelijk afkomstig van de moeder, de ander van de vader. In een ei- of spermacel wordt het paar gesplitst: van ieder paar chromosomen is één chromosoom in de geslachtscel terecht gekomen. Voorafgaand aan de deling tot geslachtscellen gaan de chromosomen vlak naast elkaar liggen, waarna brokstukken worden uitgewisseld. De evolutionaire functie van de crossingover is ongetwijfeld het laten ontstaan van grote genetische variatie.

Informatie over de crossingover-frequentie en -breukplaatsen kwam tot nu toe uit onderzoek aan makkelijk toegankelijke spermacellen. Die worden voortdurend in de teelbal geproduceerd. Eicellen ontstaan bijna allemaal al in de vrouwelijke foetus en zijn slecht bereikbaar. Bij dat eerdere crossingover-onderzoek is vooral gekeken naar genoomgebieden met genen voor het afweersysteem. Het afweersysteem is zeer variabel en dat blijkt gedeeltelijk veroorzaakt door intensieve crossingover.

De Britse onderzoekers kozen een nieuwe methode. Zij gebruikten informatie over single nucleotide polymorphisms (SNP). Een SNP is één positie in het 3 miljard basen het genoom waar bijvoorbeeld bij 30% van de mensen de base T ligt en bij 70% de base G. Die verdeling is bijna altijd aan een bevolkingsgroep gebonden. Elders op de wereld is de verdeling dan anders. Een SNP-database voor verschillende bevolkingsgroepen is in opbouw. De Britse onderzoekers werkten met de kans dat een SNP op een bekende positie in het genoom als gevolg van een crossover verandert ten opzichte van een verderop gelegen SNP. Ze komen uit op 15.000 breekpunten voor crossingover die een 10.000 keer verhoogde kans hebben om tijdens een crossingover als breekpunt te dienen. Het is kennelijk niet één specifieke basenvolgorde die breekt, maar meer een gebied waarin de breuk plaatsvindt. De gebieden met de hoogste breukkans zijn ongeveer 19.000 kilobasen lang en liggen bijna nooit in een gen, maar in de 90% DNA-volgorde die niet voor eiwitten codeert. De gebieden die vrijwel nooit breken hebben een lengte van bijna 100.000 basen.