Wetenschappers hebben een enzym ontdekt, PUCH genaamd, dat van cruciaal belang is voor het stoppen van de verspreiding van parasitaire DNA-sequenties door onze genomen. Deze bevinding zou inzicht kunnen verschaffen in de manier waarop ons lichaam interne bedreigingen, zoals genomische parasieten, en externe bedreigingen, zoals virussen en bacteriën, herkent en bestrijdt.
Het team van professor René Ketting van het Instituut voor Moleculaire Biologie (IMB) in Mainz, Duitsland, en het team van Dr. Sebastian Falk van het Max Perutz Laboratorium in Wenen, Oostenrijk, ontdekten een nieuw enzym PUCH dat de verspreiding van parasitair DNA in ons genoom voorkomt. Deze doorbraak zou een dieper inzicht kunnen verschaffen in de manier waarop onze systemen ziekteverwekkers herkennen en bestrijden, en zo helpen infecties te bestrijden.
Onze cellen worden voortdurend aangevallen door miljoenen buitenlandse indringers, zoals virussen en bacteriën. Om te voorkomen dat we ziek worden, heeft ons lichaam een immuunsysteem: een hele groep cellen die zich toelegt op het opsporen en vernietigen van deze indringers. Onze cellen worden echter niet alleen geconfronteerd met bedreigingen van externe vijanden, maar ook van binnenuit.
Een verbazingwekkende 45% van ons genoom bestaat uit duizenden genomische parasieten, repetitieve DNA-sequenties die transponeerbare elementen (TE's) worden genoemd. TE's zijn aanwezig in alle organismen, maar hebben geen specifieke functie. Ze kunnen echter gevaarlijk zijn. TE's worden ook wel 'springende genen' genoemd omdat ze zichzelf kunnen kopiëren en plakken op nieuwe locaties in ons DNA.
Dit is een groot probleem omdat het kan leiden tot mutaties die ervoor zorgen dat onze cellen niet meer goed werken of kankerachtig worden. Dus terwijl TE’s zich proberen voort te planten, is bijna de helft van ons genoom voortdurend verwikkeld in een guerrillaoorlog met de andere helft, terwijl onze cellen proberen te voorkomen dat ze zich verspreiden.
Hoe bestrijden onze cellen deze interne vijanden? Gelukkig hebben onze cellen een genomisch afweersysteem ontwikkeld dat bestaat uit gespecialiseerde eiwitten die TE's opsporen en voorkomen dat ze zich vermenigvuldigen. In een nieuw artikel gepubliceerd in Nature rapporteren René Ketting en Sebastian Falk en hun onderzoeksteam hun ontdekking van PUCH – een geheel nieuw, voorheen onbekend type enzym dat de sleutel is tot dit genoomverdedigingssysteem. Ze ontdekten dat PUCH een cruciale rol speelt bij de productie van kleine moleculen, piRNA's genaamd, die TE's detecteren wanneer ze proberen te 'springen'. Vervolgens activeren ze het afweersysteem van het genoom, waardoor TE's worden geblokkeerd voordat ze zich op nieuwe locaties in ons DNA kunnen hechten.
De onderzoekers ontdekten PUCH in cellen van de worm Caenorhabditis elegans, een eenvoudig ongewerveld dier dat veel wordt gebruikt in biologisch onderzoek. Deze bevindingen kunnen echter ook licht werpen op hoe ons eigen immuunsysteem werkt. PUCH wordt gekenmerkt door een unieke moleculaire structuur, de Schlafen-vouw.
Enzymen met de Schlafen-plooi worden ook aangetroffen bij muizen en mensen, en ze lijken een rol te spelen bij de aangeboren immuniteit, de eerste verdedigingslinie van het lichaam tegen virussen en bacteriën. Sommige Schlafen-eiwitten interfereren bijvoorbeeld met de replicatie van menselijke virussen. Aan de andere kant kunnen sommige virussen, zoals het apenpokkenvirus, ook Schlafen-eiwitten gebruiken om de afweersystemen van cellen aan te vallen. René Ketting vermoedt dat het Schlafen-eiwit een bredere, geconserveerde rol kan spelen in de immuniteit van veel soorten, waaronder de mens.
"Schlafen-eiwitten kunnen een voorheen onbekende moleculaire link vertegenwoordigen tussen de immuunreacties van zoogdieren en sterk geconserveerde op RNA gebaseerde mechanismen die TE's controleren", zegt Ketting, die ook hoogleraar biologie is aan de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz (JGU). Als dat zo is, kunnen Schlafen-eiwitten een gemeenschappelijk verdedigingsmechanisme vertegenwoordigen, zowel tegen externe vijanden zoals virussen en bacteriën, als tegen interne vijanden zoals TE's.
Sebastian Falk voegde hieraan toe: "Het is denkbaar dat het Schlafen-eiwit opnieuw is ontwikkeld tot een enzym dat cellen beschermt tegen infectieuze DNA-sequenties zoals TE's. Deze ontdekking kan een diepgaande invloed hebben op ons begrip van de biologie van aangeboren immuniteit."