Indeling van het menselijke DNA

Het menselijke genoom, dat is de totale hoeveelheid DNA die terug te vinden is in een enkelvoudige set van 23 chromosomen, omvat iets meer dan drie miljard basenparen (BP) en bestaat uit A-T, T-A, C-G en G-C. Deze letters staan voor adenine, thymine, cytosine en guanine. Grotere aantallen drukt men meestal uit in kilobase (KB). Iedere chromosoom bevat 50.000- 250.000 KB. De feitelijke codes (exons) van de totale hoeveelheid DNA omvatten slechts ongeveer twee procent van de nucleotiden. De introns nemen ruim het tienvoud daarvan voor hun rekening en 25% bestaat uit verspreide enkelvoudige nucleotiden. Het resterende deel omvat kortere of langere stroken repetitief DNA.

• Algemeen
• Verspreid repetitief DNA
• Gegroepeerd repetitief DNA
• Extranucleair DNA
• Mitochondriale DNA (mtDNA)

Algemeen

DNA is een groot en complex molecuul. Zowat de helft van het DNA in de celkern bestaat uit kleine of grotere DNA-sequenties die, al of niet verspreid over de verschillende chromosomen, meerdere kopieën van zichzelf bevatten. Een sequentie is de volgorde van nucleotiden in een DNA- of RNA-spiraal. Van de meeste genen, dat zijn de DNA-sequenties die effectief gebruikt worden om er de informatie uit af te lezen, vindt men maar één exemplaar in het genoom. Daarnaast treft men dikwijls ietwat gewijzigde kopieën van genen aan, waarvan de meeste pseudogenen zijn. Deze hebben in de loop van de evolutie zoveel wijzigingen ondergaan dat ze een deel van de informatie missen om zelfstandig iets teweeg te brengen in de cel. Het genoom bestaat dan nog uit 40% verspreid repetitief DNA.

Verspreid repetitief DNA

Dit zijn grotere of kleinere brokjes DNA die bijna overal zijn terug te vinden op verschillende chromosomen. Soms gaat het om families van nauw verwante sequensen die in vele duizenden exemplaren hebben postgevat tussen - en soms ook middenin - de regelieren genen. Sommigen van die sequensen zijn in staat om zich zelfstandig te verplaatsen naar een nieuwe locatie in het genoom, de DNA-transposons. Terwijl anderen eerst een RNA-afdruk van zichzelf aanmaken die zich dan elders gaat invoegen, deze laatste noemt men retrotransposons. Beide transposons kunnen zowel in het kader van het evolutieproces als bij het ontstaan van ziekten erg belangrijke effecten veroorzaken, zo wordt het genoom er drastisch door uitgebreid. Anderzijds kunnen ze ook heel wat onheil aanrichten door bijvoorbeeld als een meteoriet in te slaan middenin een werkzaam gen of in een van zijn instructie- of herkenningscodes. Afhankelijk van hun lengte onderscheidt men ook nog twee groepen, de langere en de kortere transposons. De bekendste groep zijn echter de Alu-sequenties. Dit zijn retrotransposons van slechts een paar honderd nucleotiden lang, waarvan er een miljoen in het menselijk genoom te vinden zijn.

Gegroepeerd repetitief DNA

Deze maakt 10% uit van het menselijke genoom en zijn talloze herhalingen van telkens dezelfde DNA-sequenties. Ze kunnen in meerdere vormen voorkomen. Bij het ene individu kan zo'n stukje DNA bijvoorbeeld 300 keer herhaald worden, terwijl er bij een ander op dezelfde plaats 320 bij elkaar liggen. Deze herhalingen (tandem repeats) van relatief grotere en kleinere exemplaren lenen zich daarom bij uitstek voor het maken van DNA-profielen, bijvoorbeeld in het kader van een gerechtelijk onderzoek. Het kan daarbij gaan om bloedsporen of om sperma, of zelfs om speeksel of gewoon om enkele haartjes. In het laatste geval is het wel noodzakelijk dat de haarwortel wel aanwezig is, want alleen daar vindt men celkernen die het nodige DNA bevatten. Een van de voordelen van het afnemen van een DNA-profiel is dat het de privacy niet aantast, omdat tandem repeats niet de minste relevante informatie bevatten met betrekking tot eventuele ziekten en dergelijke. Een bijkomend voordeel is dat men kan uitgaan van heel minimale sporen, die bovendien al heel oud mogen zijn. Zelfs minimale stukjes DNA kan men tegenwoordig in voldoende mate kopiëren, opdat er toch een betrouwbaar onderzoek op kan gebeuren. Het maken van een genetisch profiel kan evengoed gemaakt worden in het onderzoek naar bloedverwantschap.

Extranucleair DNA

Hoewel veruit het meeste DNA zich in de celkern bevindt, is er daarnaast nog een kleine maar invloedrijke hoeveelheid DNA te vinden in het cytoplasma, meer bepaald in de mitochondriën, de energiecentrales van de cel. Iedere cel bevat enkele honderden van die mitochondriën en in elk mitochondrion vindt men zo'n 5-10 ringvormige stukjes DNA, het zogenaamde mitochondriale DNA, afgekort mtDNA. Ze bestaan vrijwel uitsluitend uit coderend materiaal, waarbij de genen nu eens op de binnenste en dan weer op de buitenste streng gelegen zijn. Ook bevat het onder meer een hoeveelheid informatie die essentieel is om de productie mogelijk te maken van adenosinetrifosfaat (ATP), de feitelijke energiebron van de cel. Via zijn aandeel in de energiehuishouding blijkt het mitochondriale DNA een belangrijke invloed te hebben op de werking van de meest uiteenlopende organen en onder meer ook een rol spelen in het verouderingsproces.

Mitochondriale DNA (mtDNA)

Slechts 13 van de 37 genen op het mtDNA coderen voor eiwitten die betrokken zijn bij de energieproductie, dat is de feitelijke taak van de mitochondriën. De overige leveren onderdelen voor de machinerie die nodig is om die genen tot expressie te brengen. Twee daarvan bevatten de code voor rRNA-moleculen en 22 andere coderen voor verschillende soorten tRNA. Het is van belang om op te merken dat naast die 13 mitochondriale genen ook nog tientallen chromosomale genen een rol spelen bij de energieproductie. Wanneer er binnen een bepaalde celgroep onvoldoende energie geproduceerd wordt, kan de oorzaak dus zowel te zoeken zijn in mutaties binnen het DNA van de celkern als in dat van de mitochondriën.

De vrouwelijke overervingslijn van het mitochondriale DNA

Opmerkelijk is dat zowel jongens als meisjes hun mitochondriale DNA steeds van de moeder erven. De reden daarvan is dat de bevruchte eicel waaruit het individu zich ontwikkelt, in de regel uitsluitend de mitochondriën bevat, die aanwezig waren in het cytoplasma van de eicel. Via zijn zaadcel kan de man normaal geen mitochondriën doorgeven, omdat alleen de kop van de zaadcel bij de bevruchting de eicel binnendringt. De mitochondriën die de zaadcel nodig heeft om haar eigen voortstuwing mogelijk te maken, zitten vooraan in de staart en zoals bekend, breekt die zodra de kop - met daarin het mannelijke DNA - door de wand van de eicel heen breekt. Die uitsluitend vrouwelijke overervingslijn van het mitochondriale DNA heeft belangrijke implicaties met betrekking tot het ontstaan van sommige ziekten. Daarnaast opent het nieuwe perspectieven voor het vergelijken van DNA-profielen en voor het bepalen van de afstammingslijn tussen verschillende individuen en groepen.

Lees verder

• Structuur van het menselijke DNA