Stekelhuidgenen

De zeeëgel lijkt verrassend veel op de mens, als je tenminste alleen de genen van beide organismen vergelijkt. Deze week presenteert Science het volledige zeeëgelgenoom. Sander Voormolen

Een zaadlozing stond aan de wieg van de opheldering van de complete DNA-volgorde van de purperen zeeappel Strongylocentrotus purpuratus, een zeeëgel. Op 1 december 1997 verzamelden wetenschappers een paar milliliter sperma van een grote mannelijke zeeegel. Ze isoleerden het DNA eruit en bewaarden het in stukjes in een zogeheten ‘bacteriebibliotheek’. Daarbij worden fragmenten van het DNA in bacteriën geplaatst, opdat het makkelijk bewaard en onbeperkt vermeerderd kan worden. Wereldwijd deden genetici onderzoek aan de zeeëgelgenen maar pas in 2002 werd er besloten om het complete genoom collectief in kaart te brengen.

Deze week publiceert het Sea Urchin Genome Sequencing Consortium, bestaande uit meer dan honderd wetenschappers uit vele landen, de volledige volgorde van het 814 miljoen basenparen tellende DNA van de zeeëgel (Science, 10 november). Dat is een belangrijke mijlpaal want de zeeëgel is net als het fruitvliegje en de rondworm Caenorhabditis elegans een modelorganisme in het genetisch onderzoek, maar staat evolutionair gezien dichter bij de mens dan de laatstgenoemde twee.

De zeeëgel blijkt ongeveer 23.300 genen te hebben, vergelijkbaar met het aantal genen van de mens dat ergens tussen de 20.000 en 25.000 genen ligt. De zeeëgelgenen bevatten vertegenwoordigers van vrijwel alle genenfamilies die bij gewervelde dieren worden gevonden, maar meestal is het aantal genen binnen deze families wat kleiner. Daaronder vallen ook genen die betrokken zijn bij het zien, het horen, het evenwichtsgevoel en het vermogen om chemische stoffen waar te nemen (smaak en reuk). De onderzoekers maken daaruit op dat de zeeëgel over onvermoede zintuiglijke vermogens beschikt. Het dier heeft geen oren of ogen, maar de onderzoekers vermoeden dat de bekende zintuiggenen uit gewervelde dieren zich in de zeeëgel op een andere manier nuttig maken. Zeeëgels reageren op licht, aanraking en verplaatsing. De rol die bekende genen daarbij spelen kan heel onverwacht zijn. Zo hebben de zeeëgels een uitgebreid repertoire aan genen voor lichtreceptoren die vooral actief blijken te zijn in de zuigvoetjes van het dier.

Ook bizar is de bevinding dat de zeeëgel blijkt te beschikken over het volledige genennetwerk dat bij mensen het syndroom van Usher veroorzaakt, als het ergens hapert. Het syndroom van Usher heeft drie vormen die verschillen in ernst en symptomen, waarbij patiënten geleidelijk doof of blind kunnen worden of evenwichtsstoornissen kunnen ontwikkelen. En er zijn meer menselijke ziektegenen die worden teruggevonden in het zeer verre familielid de zeeegel, zoals het gen van de ziekte van Huntington en die van spierdystrofie. In totaal komt bijna eenderde van de genen van de zeeëgel (7077) ook bij de mens voor.

Natuurlijk zijn er ook onderdelen van het genoom die wel specifiek zijn voor de zeeëgel. Zo heeft het dier een zeer groot aantal genen die betrokken zijn bij het immuunsysteem, meer dan welk ander onderzocht dier dan ook. Samen met het arsenaal ontgiftigingsgenen dat in het genoom werd aangetroffen zou dit een verklaring kunnen vormen waarom zeeëgels wel honderd jaar oud kunnen worden.

Volgens commentator Eric Davidson van het California Institute of Technology in Pasadena gaat de zeeëgel een belangrijke rol spelen in het toekomstige genetisch onderzoek. Er zijn veel troeven. De embryologische ontwikkeling van het dier verloopt snel; twee dagen na de bevruchting bestaat de larve al uit 800 cellen, behorend tot 10 tot 15 verschillende celtypen. En voor ontwikkelingsbiologen extra interessant: bijna de helft van alle zeeëgelgenen (11.000 tot 12.000) is actief in dat vroege stadium. Genetische manipulatie van de zeeëgel gaat vrij makkelijk, extra genen kunnen eenvoudig aan een bevrucht eitje worden toegevoegd en blijven dan stabiel ingebouwd. Ten slotte kan de zeeëgel ook veel informatie opleveren over hoe genen worden gereguleerd.

Davidson heeft hoge verwachtingen. ‘Het zeeëgelembryo is waarschijnlijk het eerste waarvoor we een compleet genetisch netwerk van de ontwikkeling kunnen blootleggen’, zo schrijft hij in Science.