In menselijk genoom CRISPR-elementen ontdekt

CRISPR-Cas is een soort schaartje dat heel precies in DNA knipt

Het CRISPR-Cas-systeem blijkt niet voorbehouden aan bacteriën, eencelligen en planten. Ook in het menselijk genoom zijn CRISPR-elementen aanwezig, maar liefst meer dan 12.000. Dat ontdekten wetenschappers van het Erasmus MC. 

Toen universitair docent dr. Rogier Louwen het menselijk genoom invoerde in het softwareprogramma CRISPRCasFinder en daar duizenden hits uitrolden, had hij naar eigen zeggen een ‘wauw-momentje’.  

De ontdekking stond haaks op de in de wetenschap heersende consensus dat het CRISPR-Cas-systeem alleen aanwezig is in het genetisch materiaal van bacteriën, planten en eencellige micro-organismen genaamd archaea. Zij gebruiken het onder meer als verdedigingsmechanisme tegen virussen. In de wetenschappelijke wereld nam CRISPR-Cas een vlucht als tool om snel en gemakkelijk aanpassingen te maken aan DNA (zie kader).  

12.572
Louwen en zijn collega’s vonden in totaal 12.572 CRISPR-elementen in het menselijk genoom, rapporteren ze in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications Biology. Een CRISPR-element is een stukje DNA met een kenmerkende herhalende lettervolgorde. De humane CRISPRs, zoals de wetenschappers ze hebben genoemd, zitten willekeurig verdeeld over de chromosomen.

Wat is CRISPR-Cas? 
CRISPR-Cas is een soort schaartje dat heel precies in DNA knipt. Het bestaat uit twee delen. Cas is de naam van het eiwit dat de daadwerkelijke knip zet. CRISPR is de naam van een stukje genetisch materiaal dat het schaareiwit naar de goede plek leidt. Het CRISPR-Cas-systeem werd ontdekt in bacteriën, die het gebruiken als verdedigingsmechanisme. Tegenwoordig gebruiken veel wetenschappers het CRISPR-Cas-systeem om DNA te bewerken, bijvoorbeeld voor gentherapie om genetische aandoeningen te genezen.  

De wetenschappers kwamen de humane CRISPRs op het spoor door de eerdere ontdekking dat de bacterie Campylobacter darmschade aanricht door menselijke DNA kapot te knippen met het Cas-eiwit. ‘Dat vond ik opmerkelijk, want we kennen Cas-eiwitten alleen in combinatie met CRISPR als gids-RNA. Als in menselijke cellen geen CRISPRs zitten, hoe kan het Cas-eiwit van de bacterie dan toch schade aanrichten?’, aldus Louwen. Met die realisatie werd het eerste zaadje geplant dat er dan misschien tóch CRISPRs in het menselijk genoom zitten. Dat blijkt nu inderdaad het geval. 

Retrovirussen
Waar de humane CRISPR-elementen vandaan komen en waar ze precies voor dienen, is nog niet duidelijk. ‘Mogelijk is een deel afkomstig van infecties met retrovirussen in het verleden, die hun voetafdruk achter hebben achtergelaten in het menselijk DNA. Of het zijn zogeheten retrostransposonen, stukjes genetisch materiaal die zichzelf verspreiden, vermeerderen en inbouwen in het DNA van micro-organismen, planten en eukaryoten. Hoe het precies zit, moet toekomstig onderzoek uitwijzen’, aldus Louwen. 

Zwangerschapstest
Wel zien de wetenschappers al een mogelijke toepassing van hun ontdekking. Ze constateren namelijk dat de CRISPR-stukjes in het DNA worden afgeschreven en omgezet in zogeheten small non-coding RNAs. Opvallend was dat de expressie van deze RNAs verschilde tussen gezond weefsel en weefsel van een prostaattumor. Mogelijk kunnen de humane CRISPRs in de toekomst dus dienen als diagnostische markers voor kanker en andere ziektebeelden, stellen de onderzoekers.  

Met een simpele test, vergelijkbaar met een coronasneltest of een zwangerschapstest, kunnen de onderzoekers de RNAs die actief tot expressie komen, aantonen in weefsel. De onderzoekers werken nu aan een manier om dit ook voor elkaar te krijgen in lichaamsvocht, zoals urine.  

Het onderzoek kwam tot stand uit de samenwerking tussen de afdelingen Urologie (prof. Guido Jenster), Pathologie/Bioinformatica (prof. Peter van der Spek), Center of Biomics (dr. Wilfred van Ijcken) en Medische Microbiologie en Infectieziekten van het Erasmus MC (dr. Rogier Louwen). De Rotterdamse onderzoekers werkten nauw samen met teams in Amsterdam, Leiden, Dhaka (Bangladesh) en Michigan (USA). 

Tags bij dit artikel:

• DNA
• eiwit
• Erasmus MC
• bacteriën
• Infectieziekten
• menselijk
• RNA
• virussen
• genoomvarianten