Jarenlang werden de stukken DNA tussen onze genen letterlijk weggezet als afval – junk DNA.  Deze term werd in 1972 door de Japanse wetenschapper Ohno geopperd; hij voorspelde dat er een bovengrens  was aan  het aantal genen in zoogdieren (30.000) en dat de rest van het DNA niks doet. Hij bleek met zijn voorspelling niet ver naast het correcte aantal te zitten. Maar uit een grote publicatie begin september van 30 artikelen met veel nieuwe informatie over ons genoom, blijkt dat ons junk DNA niet langer zonder nut is, maar een zeer grote regulerende rol heeft over onze genen. Het lijkt erop dat we nu zelfs meer variatie hebben in deze regulerende DNA-elementen dan in onze genen. Verschillen tussen individuen kunnen we nu waarschijnlijk ook beter verklaren.

Human Genome Project
Na voltooiing van het Human Genome Project in 2003 bleek de mens twintig- tot vijfentwintigduizend genen te bezitten; slechts het dubbele van een ‘simpel’ organisme als de fruitvlieg. Genen worden gebruikt om alle eiwitten in ons lichaam te produceren (en noemen we daarom protein-coding DNA). Maar genen beslaan slechts 2% van ons genoom. Het overige non-coding DNA (en dus niet junk DNA), leidt niet tot de vorming van eiwitten. Er heerste veel onbegrip over de functie van non-coding DNA. Wetenschappers begrepen maar niet waarom, na een evolutionair proces van miljarden jaren, er zoveel onnuttige informatie in ons DNA zou zitten.

ENCODE
Onderzoekers begonnen al gauw te speculeren dat de sleutel tot onze complexheid als organisme wel eens in het onbegrepen stuk DNA zou kunnen zitten. Zo werd negen jaar geleden het ENCODE consortium opgericht, een samenwerking van ruim 400 wetenschappers uit 32 onderzoeksinstituten. ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements) had zich ten doel gesteld alle functionele elementen van het genoom te achterhalen. Deze aanpak heeft een schat aan informatie opgeleverd over de functies van non-coding DNA. De belangrijkste conclusie uit het hoofdartikel:  80% van ons DNA vervult een biochemische functie in onze cellen. (Over dit getal bestaat overigens nog wel enige discussie: sommige wetenschappers vinden dat ENCODE wel een erg ruime definitie van het woord ‘functie’ heeft genomen.)

DNA-schakelaars en DNA-vouwing

Een van de interessantste vindingen zijn de 4 miljoen schakelaars in ons DNA die de activiteit van genen aan en uit kunnen zetten. Deze schakelaars kunnen zowel vlakbij (promotors) als verder weg (enhancers) van het gen zitten (zie plaatje). In verschillende lichaamsceltypen zijn andere combinaties van deze functionele DNA-elementen actief, waardoor in elk celtype andere genen aan of uit staan. Elk lichaamsceltype heeft zo dus een eigen genetische identiteit. Dit is ook nodig want in bijvoorbeeld een levercel moeten hele andere processen plaatsvinden dan in een huidcel.

Met deze nieuwe kennis in het achterhoofd heeft één ENCODE onderzoeksteam de vouwing van DNA in de cel onderzocht. Aan DNA-schakelaars moeten eerst speciale eiwitten (transcriptiefactoren) binden om genen te activeren. Daarvoor zal het DNA – normaal met hulp van zogenaamde histon-eiwitten strak opgevouwen in de kern (zie plaatje) – op die plekken eerst ontvouwen moeten zijn. Wanneer DNA ontvouwen  wordt, een teken dat het wordt gebruikt in de cel, is het ook gevoeliger voor een enzym (DNase) dat het DNA op die plek in stukken knipt. Door gebruik te maken van deze eigensc


hap kun je uitvinden welke stukken DNA actief zijn in een bepaalde cel. Er wordt eigenlijk een soort ‘vingerafdruk’ van de cel gemaakt, iets wat de onderzoekers van ENCODE ook hebben gedaan. Door cellen nu bloot te stellen aan gifstoffen en/of geneesmiddelen kan men bestuderen hoe de ‘vingerafdruk’ verandert en daarmee achterhalen welke genen betrokken zijn.

De resultaten van ENCODE kunnen ook gebruikt worden om met een frisse blik oude onderzoeken opnieuw te bekijken. Een goed voorbeeld zijn de DNA-onderzoeken die het afgelopen decennium zijn uitgevoerd om de genetica van ziekten beter te begrijpen, zogenaamde genome-wide association studies. Hierbij werd gezocht naar mutaties in het hele genoom die gecorreleerd waren aan het voorkomen van een bepaalde aandoening. In deze studies werden veel zogenaamde SNP’s gevonden, een verandering van één enkele letter in het DNA. Een ENCODE onderzoeksteam heeft data van deze studies gekoppeld aan hun eigen data en vond dat slechts 12 procent van de SNP’s in genen zat. Het merendeel ligt echter in het non-coding DNA, en waarschijnlijk op een plek waar DNA-schakelaars liggen. Door ENCODE kan men nu onderzoeken welke genen hierdoor worden beinvloed. ENCODE zal ons nieuwe aanwijzingen geven over de oorzaken van verschillende ziekten en het zal hierdoor het biomedische  onderzoek in een flinke stroomversnelling brengen.