Hoe cellen met gelijk DNA toch anders zijn

Alle cellen in een lichaam hebben hetzelfde DNA. Toch verschillen hart- en hersencellen sterk. Dat komt door de epigenetica.

Het wordt wel de donkere materie van de erfelijkheid genoemd. Op de lange wenteltrapvormige DNA-moleculen die de erfelijke informatie dragen, zitten andere moleculen geplakt, die de van invloed zijn op hoe de cel die erfelijke informatie gebruikt. Die aanhangende moleculen buigen het DNA in vreemde bochten, of schermen hele gebieden af. Zo worden genen aan- of uitgeschakeld.

Alle informatie die rond het DNA (het genoom) zit is cruciaal voor het functioneren van cellen, weefsels en organismen. Het belang van dit epigenoom is meteen begrijpelijk als je je realiseert dat in elke cel precies dezelfde DNA-moleculen liggen, en dat het verschil tussen bijvoorbeeld een hart- en een hersencel vooral bepaald wordt door die code óp het DNA. Het is inmiddels ook overduidelijk dat het epigenoom een cruciale rol speelt bij ziekten als kanker, alzheimer, astma en groeistoornissen.

Amerikaanse onderzoekers hebben nu het epigenoom van meer dan honderd verschillende menselijke weefsels en celtypes in kaart gebracht. Het blad Nature en specialistische bladen eromheen brengen deze week een serie van meer dan twintig wetenschappelijke artikelen uit over dat project.

Het epigenoom verschilt niet alleen tussen cellen, het is ook dynamisch; de moleculaire laag op het DNA verandert voortdurend. Soms gebeurt dat door een prikkel uit de omgeving – door blootstelling aan een bepaalde chemische stof, hormonen, honger of juist vette voeding. De ervaringen worden zo ‘ingeprent’ op het DNA. En die inprenting kan net als het DNA worden doorgegeven aan het nageslacht. Proefdieronderzoek heeft aangetoond dat dit signaal zelfs tot in de tweede of derde generatie kan doorklinken. Het is een belangrijke reden dat het onderscheid tussen nature en nurture geen waterscheiding is.

Het is ook de epigenetica die verklaart waarom kinderen bijvoorbeeld overduidelijk de ogen van hun moeder kunnen hebben, en het haar van hun vader, in plaats van dat hun uiterlijk netjes een gemiddelde is van beide ouders.

De ontdekkingen aan het epigenoom hebben het denken over erfelijkheid op zijn kop gezet. Toen vijftien jaar geleden het Humane Genoomproject met een eerste versie van de volgorde van de drie miljard letters in het menselijk DNA kwam, dacht iedereen – inclusief veel wetenschappers – dat het niet lang meer zou duren voordat de wetenschap de werking van de erfelijkheid tot in detail zou doorgronden. Dat bleek veel te voorbarig.

„Het sequencen van het menselijk genoom is tegenwoordig relatief snel en goedkoop, maar het blijft heel lastig om het genoom te interpreteren”, zegt hoogleraar cellulaire en moleculaire geneeskunde Bing Ren van de University of California San Diego, een van de projectleiders in een begeleidend persbericht. Een van de oorzaken daarvan is de versleuteling door het epigenoom.

Dat wordt wat makkelijker door de 111 nu gepubliceerde epigenoomkaarten. Ren: „Het is in feite een woordenboek waarmee we de betekenis van stukken DNA in bepaalde cel- en weefseltypes kunnen ontcijferen.”

Ren vond dat er veel van de epigenetische variatie bestaat rond zogeheten transcriptiegenen. Dat zijn hoofdschakelaars in het genoom die in één keer de activiteit van veel andere genen regelen.