DOOR GERT VAN MAANEN - Foto: Jon Henninger, Whitehead Institute - 26-01-2021 - Moleculaire biologie
Beeld van de transcriptie-druppeltjes. Foto: Jon Henninger, Whitehead Institute
Bij transcriptie lijken rna-moleculen hun eigen productie te regelen via terugkoppeling.
Nieuw experimenteel onderzoek wijst erop dat een terugkoppelingslus transcriptie reguleert. Zijn er weinig rna-moleculen, dan start de cel transciptie om meer rna te maken. Overschrijdt de transcriptie een drempel, dan zorgen een teveel aan rna-moleculen ervoor dat transcriptie tot stilstand komt. Een terugkoppeling waarbij elektrostatische interacties een hoofdrol spelen, aldus een publicatie van onderzoekers van Whitehead Institute en Massachusetts Institute of Technology (MIT) 7 januari in Cell (16 december online).
Regulatie van transcriptie is een fundamenteel cellulair proces waarvan men al veel weet over de initiatie, maar de mechanismen die betrokken zijn bij het stoppen van het proces nog slecht worden begrepen. ‘De manier waarop de meeste mensen dit soort problemen bestuderen, is door mengsels van moleculen in een reageerbuis te nemen, ermee te schudden en te kijken wat er gebeurt. Dat is zo ver verwijderd van wat er in een cel gebeurt’, stelt MIT-onderzoeker Krishna Shrinivas. ‘Onze gedachte was: kunnen we dit probleem ook in zijn biologische context bestuderen.’
DRUPPELTJES
De eerste onderzoeksstap sloot aan bij een eerdere ontdekking dat transcriptie zich binnen de cel vaak afspeelt in kleine druppeltjes. Zulke zogeheten transcriptionele condensaten brengen de moleculen bij elkaar die nodig zijn voor het aflezen van dna naar rna. De druppeltjes vormen zich als transcriptie begint en lossen een paar seconden of minuten later weer op als het proces is voltooid. Nu blijkt uit experimenten met embryonale stamcellen van muizen dat de hoeveelheid rna effect heeft op condensaatvorming. Lage rna-niveaus bevorderen vorming van druppeltjes en hoge niveaus remmen het af.
Met behulp van modellen en experimenten is vervolgens onderzocht welke chemische eigenschappen van het rna de dynamiek in transcriptionele condensaten regelen. Daaruit blijkt dat de regulerende effecten van rna op transcriptie te danken zijn aan de zeer negatieve lading van de rna-moleculen. Ook in levende cellen verhoogt het gebrek aan rna de grootte en levensduur van de condensaten en, omgekeerd, lossen de transciptionele condensaten op bij verhoogde aanwezigheid van rna.
Het feedbackmechanisme bij transcriptie verklaart volgens de onderzoekers mogelijk het bestaan van niet-coderend rna, die vooral bij zoogdieren veelvuldig voorkomen. Als die lokaal een functie spelen in de afstemming van genexpressie, is het mysterie van niet-coderend rna opgelost.
Bionieuws heeft drie Nederlandse biofysici benaderd om commentaar op dit onderzoek, maar daarvoor ontbrak hen nu de tijd. Wel noemen zowel Cees Dekker uit Delft als Wilhelm Huck uit Nijmegen de publicatie in een eerste reactie ‘bijzonder interessant’.