In 2001 bracht het Human Genome Project de volledige genetische blauwdruk van de mens in kaart. Verrassend genoeg vonden ze maar zo’n 20.000 genen die eiwitten maken – slechts twee keer zoveel genen in een vlieg. Dankzij vooruitgang in de technologie konden onderzoekers de stukken DNA die mogelijk voor eiwitten coderen in de afgelopen twintig jaar beter bekijken. Eiwitten zijn de werkpaarden van het lichaam en zorgen ervoor dat onze cellen en organen goed kunnen functioneren en gezond blijven.
Mogelijke eiwitten
In een nieuwe studie brengen onderzoekers van 20 instellingen wereldwijd meer dan 7.200 onontdekte stukken DNA die mogelijk coderen voor nieuwe eiwitten. Voor het eerst zijn stukken DNA verzameld die zijn ontdekt met behulp van Ribo-seq. Dat is een relatief nieuwe technologie die in detail kijkt naar het mechaniek in cellen dat eiwitten maakt, om daarmee mogelijke eiwitten bij mensen te vinden.
Grote stap voorwaarts
De studie is vandaag gepubliceerd in het prestigieuze vakblad Nature Biotechnology. Het onderzoek werd mede geleid door dr. Sebastiaan van Heesch, groepsleider Prinses Máxima Centrum, in samenwerking met collega's uit Duitsland, het Verenigd Koninkrijk en de Verenigde Staten. Van Heesch: ‘Met ons onderzoek zetten we een enorme stap voorwaarts in het begrijpen van de genetische samenstelling en het complete aantal eiwitten bij de mens. Het is fantastisch om de wetenschappelijk vooruit te helpen met onze nieuwe catalogus. Ons werk kan nieuw onderzoek mogelijk maken naar menselijke gezondheid en ziekte, waaronder kinderkanker. Het is nog te vroeg om te zeggen of alle onontgonnen delen van het DNA echt voor eiwitten coderen. Maar we kunnen duidelijk zien dat er iets gebeurt in het menselijk genoom waar we nog weinig van weten, en dat onze aandacht verdient.’
Verder onderzoek mogelijk maken
De stukken DNA die in de nieuwe catalogus zijn samengebracht heten open reading frames (ORF's), genoemd naar de manier waarop de genetische informatie wordt uitgelezen om eiwitten te maken. Tot nu toe waren nieuw ontdekte ORF's niet goed toegankelijk voor andere onderzoekers. De relevantie voor de menselijke gezondheid en ziekte bleef daardoor grotendeels onbekend. Het onderzoeksconsortium heeft nu duizenden ORF's uit eerdere studies verzameld, en toegevoegd aan de belangrijkste databases met informatie over menselijke genen en eiwitten. Het team spoort andere wetenschappers aan om verder te bouwen aan de verzamelde kennis over de ORF’s door ze mee te nemen in toekomstig onderzoek.
Wat maakt ons menselijk?
In het verleden zochten wetenschappers naar eiwitcoderende regio's in de genen door DNA-segmenten van meerdere diersoorten te vergelijken. Maar deze techniek heeft een nadeel: je loopt eiwitten mis die relatief recent in de evolutie zijn ontstaan. Die ontbreken daarom in de naslagwerken voor onderzoekers.
‘Het is vooral opmerkelijk dat de meeste van deze 7.200 ORF’s alleen bij primaten voorkomen. Ze staan mogelijk voor evolutionaire innovaties die uniek zijn voor onze soort,’ aldus dr. Jorge Ruiz-Orera, mede-auteur van de nieuwe studie en evolutiebioloog in het Hübner-lab van het Max Delbrück Centrum in Duitsland. ‘Deze eiwitten lijken dus belangrijke aanwijzingen te kunnen geven over wat ons menselijk maakt.’
Onderzoek naar kinderkanker
De wetenschappers verwachten dat een groot deel van de ORF's in de catalogus blijken te coderen voor eiwitten die een rol spelen bij menselijke eigenschappen en ziekten. Dat maakt de studie waardevol voor onderzoek naar kanker bij kinderen, zegt Sebastiaan van Heesch. Zijn onderzoeksgroep richt zich op de ontwikkeling van immunotherapie, in het bijzonder voor kinderen met kanker. ‘Veel van de mens-specifieke eiwitten komen tot uiting tijdens de vroege ontwikkeling. Dat is precies de fase waarin de meeste vormen van kinderkanker ontstaan. Met een vollediger beeld van deze mens-specifieke eiwitten kunnen we ‘normale’ eiwitten beter onderscheiden van eiwitten die uniek zijn voor kinderkanker – een belangrijke stap in de ontwikkeling van nieuwe immuuntherapieën.’
Van Heesch leidde het nieuwe onderzoek samen met dr. Jorge Ruiz-Orera van het Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) in Duitsland, dr. Jonathan Mudge van het European Molecular Biology Laboratory – European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) in het Verenigd Koninkrijk, en dr. John Prensner van het Broad Institute van MIT en Harvard in de Verenigde Staten. Het onderzoek werd gefinancierd door meerdere onderzoeksfinanciers en goede doelen in de deelnemende landen.