Genomische imprinting, een verhaal met paarden en ezels

Echter, het veulen van een ezelin en een paardenhengst (muilezel) heeft andere eigenschappen dan het veulen van een paardenmerrie en een ezelhengst (muildier of muilpaard), terwijl het genetisch niet uit zou moeten maken. Hoe kan dat? Het antwoord ligt bij de genomische imprinting.

Wat is genomische imprinting?

In onze cellen hebben we van vrijwel ieder gen twee kopieën (twee allelen), één kopie geleverd door de moeder via de eicel, de andere kopie geleverd door de vader via de spermacel. De meeste genen komen dus ook biallelisch tot expressie. Dat betekent dat genen zowel van het DNA van de moederkant en de vaderkant gelezen en afgeschreven worden. In zoogdieren geldt dat niet voor alle genen. Genomische imprinting is een zogenaamd epigenetisch proces dat ervoor zorgt dat bepaalde genen, ongeveer 200 in het hele genoom, verplicht uitgezet worden. Dit is afhankelijk van of ze van de moeder of de vader zijn overgeërfd. De andere kopie is dan de enige die afgeschreven kan worden (monoallelisch). Dus voor de imprinted genen maakt het een groot verschil of ze van de vader of moeder overgeërfd zijn.

Hoe werkt genomische imprinting in de praktijk?

De set aan genen dat uitgezet wordt door genomische imprinting tijdens de ontwikkeling van geslachtscellen is steeds hetzelfde. In eicellen wordt standaard een bepaalde groep genen uitgeschakeld, terwijl in spermacellen juist een andere genenset wordt uitgezet. De uitschakeling van specifieke genen komt door epigenetische modificaties, zoals methylering van het DNA. Deze modificaties veranderen niets aan de genetische code, maar zorgen ervoor dat de enzymen die de genen aflezen niet aan het DNA kunnen binden, waardoor er geen RNA en dus geen eiwit gemaakt wordt. Het gen staat dan uit. 

Wat heeft genomische imprinting voor nut?

Genomische imprinting komt vooral voor bij zoogdieren met een placenta, waar het vrouwelijke geslacht volledig zorgt voor de groei van het embryo tijdens de zwangerschap. Vele imprinted genen zijn betrokken bij de groei van de placenta of van de embryo. De set imprinted genen die 'aan' staan vanuit de vaderkant zorgen voor een gezonde (en grote) foetus, en daarmee een goed ontwikkelde placenta. Voor de moeder is het echter van belang dat ze zelf niet uithongert, iets wat zou kunnen door een te grote placenta. Het is dus een delicate balans en van groot belang dat het juiste set aan imprinted genen, van zowel de moederkant en de vaderkant, 'uit' blijven. Als dit misgaat ontstaat er een epigenetische afwijking, iets wat evengoed kan leiden tot een afwijkende genexpressie, wat op zijn beurt weer kan zorgen voor ernstig ziektes zoals kanker.

Hoe ziet het met muilezel en muilpaard?

Muilezels en muilpaarden zijn qua uiterlijk verschillend. Dat komt dus niet door de genetische informatie, maar vanwege de epigenetische informatie die aanwezig is in de spermacel en de eicel, met name in de genen die gereguleerd worden door genomische imprinting. Een muilpaard heeft over het algemeen het lichaam van een paard en de extremiteiten van een ezel, terwijl een muilezel het lichaam heeft van een ezel en de benen van een paard. Over het algemeen zijn de verschillen tussen muilezels wat groter dan de verschillen tussen muilpaarden, maar uiteraard spelen ook het ras van paard en ezel een grote rol.  De muilpaarden en muilezels kunnen zowel mannelijk of vrouwelijk zijn, maar zijn altijd onvruchtbaar en kunnen zich dus niet voortplanten.

Dr. Susana M. Chuva de Sousa Lopes, Dept Anatomie en Embryologie, LUMC.Dr. Bernard A.J. Roelen, Faculteit Diergeneeskunde, Universiteit Utrecht.