Genetisch onderzoek toont veranderingen bij verouderend wormpje

0
845

Genetisch onderzoek bij het bodemaaltje C. elegans heeft nieuw fundamenteel inzicht opgeleverd in de manier waarop deze worpjes verouderen. Tijdens het verouderingsproces wordt de activiteit van de genen van het wormpje geleidelijk aan turbulenter en neemt de genregulatie af. Omdat degeneratieprocessen bij worpjes en de mens op elkaar lijken, geven de onderzoeksresultaten aanknopingspunten voor de preventie en medicatie van ouderdomsziekten. Onderzoekers van Wageningen University, onderdeel van Wageningen UR, publiceren hun bevindingen in de online editie van het tijdschrift Genome Research deze week.

De nematodeworm Caenorhabditis elegans is slechts één millimeter lang en leeft van nature in de bodem. Het wormpje wordt veelvuldig gebruikt voor fundamenteel biologisch onderzoek. Veel wormengenen komen ook in de mens voor en vervullen vergelijkbare, vitale functies in levensprocessen, zoals ademhaling en celdeling. Het degeneratieproces in de nematode C. elegans staat daarom model voor de veranderingen die zich voltrekken bij de ouder wordende mens. Ondanks intensief onderzoek gedurende de afgelopen twintig jaar is het nog onduidelijk wanneer en op welke wijze degeneratie van het lichaam optreedt.

Het Wageningse onderzoeksteam van leerstoelgroep Nematologie analyseerde onder leiding van Jan Kammenga de activiteit van het totaal van de genen, hun zgn. genoom, bij C. elegans dat ca. 18 000 genen telt. Zij maten bij een tiental verschillende wormenstammen die onderling verschillen in genoomsamenstelling, de genoomactiviteit bij zowel jonge (40 uur oud), als oudere aaltjes, die niet meer in staat zijn zich voort te planten (214 uur oud).

Uit de vergelijking van de activiteit blijkt dat bij de jonge aaltjes het niveau van de genexpressie gelijkmatig en constant is: De activiteit varieert nauwelijks. Daarentegen treedt er bij de oude wormpjes in de genexpressie een grote fluctuatie op. Sommige groepen genen blijken een lage genexpressie te hebben, veel lager dan bij jonge wormpjes, terwijl andere genengroepen een stormachtige activiteit beleven, veel hoger dan bij jonge wormpjes. “Alsof de deksel van een pan kokend water vliegt”, zoals een van de onderzoeksters, Ana Viñuela, het uitdrukt.

Om te bezien of deze activiteit wordt veroorzaakt doordat reguleringsfuncties met de leeftijd zijn weggevallen, vergeleek het team de genexpressie van de diverse stammen met ieders genoom. Die vergelijking laat zien dat het aantal genen dat zichzelf regelt afneemt met de leeftijd, terwijl het aantal genen dat vanaf een andere plek op het genoom wordt aangestuurd stijgt. Dit betekent dat de aansturing in meerdere stapjes plaatsvindt en dat deze regulatie dus kwetsbaarder is voor verstoringen.

Maar dit patroon laat een bijzondere ontwikkeling zien. Een beperkte set genen wordt in oude wormen juist doelgericht aangestuurd door één enkele groep van regulatoren. Deze set genen blijkt in staat te zijn de levensduur van C. elegans te verlengen en dus van vitaal belang te zijn. Ze spelen een belangrijke beschermende rol tegen allerlei stressfactoren. “We hebben dus nieuwe regulatiefactoren gevonden die een rol spelen in de algehele degeneratie van de genetische code waardoor de levensduur wordt beïnvloed,” zegt Kammenga.

Het onderzoek biedt voor het eerst inzicht in de dynamiek van de regulering van genexpressie gedurende de volledige levensduur van een organisme. Medeonderzoeker Basten Snoek vindt het ‘geweldig om te zien dat er gen-expressiepatronen bestaan die erfelijk zijn’. Het gebruik van C. elegans als model voor dergelijk onderzoek is moeilijk te evenaren. Muizen, ratten en andere proefdieren die meer dan C. elegans als model voor de mens dienen leven te lang om een volledige ouderdomsproef op grote schaal uit te voeren. Experimenteel genetisch onderzoek met mensen is praktisch en ethisch onmogelijk. Daarom is de worm een uitstekend model voor dit type onderzoek. De uitkomsten kunnen worden gebruikt om meer gericht te kijken naar genexpressievariatie in de oudere mens en om op zoek te gaan naar vergelijkbare regulatoren als in de worm. Dit zou kunnen leiden naar nieuwe receptoren voor preventie en medicatie ter behandeling van ouderdomsziekten, zoals bepaalde kankervormen.

Artikel
Genome-wide gene expression regulation as a function of genotype and age in C. elegans. Ana Viñuela, L. Basten Snoek, Joost A.G. Riksen, Jan E. Kammenga. Laboratorium voor Nematologie, Wageningen University. Genome Research, 30 juni 2010.