Targeted editing of pericentromeric satellite DNA alters sensitivity to meiotic drive

Stel je je DNA voor als een enorme bibliotheek. De meeste boeken in deze bibliotheek zijn unieke verhalen met belangrijke instructies voor het bouwen en laten functioneren van een levend wezen. Maar weggestopt in de achterste hoeken staan enorme, stoffige stapels identieke, herhalende pagina's—als duizend kopieën van hetzelfde blanco vel papier op elkaar gestapeld. Wetenschappers noemen deze stapels "satelliet-DNA". Lange tijd dachten we dat deze stapels slechts afval waren, maar we wisten dat ze op cruciale plekken zaten, zoals de "ruggengraat" van een chromosoom (de centromeer) of vlak daarnaast.

Het grote mysterie was: doen deze herhalende stapels eigenlijk wel iets? En zo ja, komt dat door de specifieke woorden op de pagina's, door hoeveel pagina's er in de stapel zitten, of door hoe de stapel is opgebouwd?

Het probleem was dat deze stapels zo herhalend en rommelig zijn dat wetenschappers ze niet gemakkelijk konden bewerken om hun theorieën te testen. Het was alsof je probeerde één specifieke pagina uit een stapel van een miljoen identieke pagina's te operatief te verwijderen zonder de hele stapel te verstoren.

Het Nieuwe Gereedschap: Een Precisieschaar
In dit onderzoek gebruikten de onderzoekers een nieuwe, hoogtechnologische versie van "moleculaire scharen" (CRISPR/Cas9) gecombineerd met een slimme stapsgewijze strategie. Denk aan het hebben van een robot-bibliothecaris die niet alleen een specifieke stapel herhalende pagina's kan vinden, maar ook nauwkeurig een deel ervan kan wegknippen of meer kopieën kan erin plakken, zonder per ongeluk de unieke boeken in de buurt door te knippen.

Het Experiment: De "Responder"-stapel
Ze testten dit gereedschap op een specifieke stapel herhalend DNA in fruitvliegjes genaamd "Responder" (Rsp). Deze stapel is betrokken bij een biologisch drama dat bekend staat als "meiotische drive".

Hier is het drama: Er is een "bedrieglijk" element in het DNA van de vlieg genaamd "Segregation Distorter" (SD). SD gedraagt zich als een bedrieger in een kaartspel. Wanneer een mannelijke vlieg sperma produceert, probeert SD elk sperma te vernietigen dat niet het eigen deck van de bedrieger draagt. De "Responder" (Rsp)-stapel fungeert echter als een schild. Als een spermacel een grote, zware stapel Rsp-pagina's heeft, richt de bedrieger (SD) zich op die cel en doodt dat sperma. Als de stapel klein is, overleeft het sperma.

Kortom: hoe groter de Rsp-stapel, hoe groter de kans dat het sperma door de bedrieger wordt "gedood".

Wat Ze Deden
Met hun nieuwe robotische schaar hebben de wetenschappers niet alleen gegokt hoeveel pagina's er in de stapel zaten; ze hebben ze fysiek eruit gesneden om kleinere stapels te maken en er meer aan toegevoegd om grotere stapels te maken. Ze creëerden een hele familie vliegjes met verschillende groottes Rsp-stapels.

De Resultaten
Het experiment werkte perfect. Het nieuwe gereedschap maakte nauwkeurige aanpassingen aan het herhalende DNA met bijna geen fouten elders in het genoom.

Toen ze de vliegjes controleerden, vonden ze precies wat ze vermoedden: de grootte van de stapel deed er toe.

• Vliegen met grotere Rsp-stapels waren gevoeliger voor de bedrieger (SD) en verloren meer sperma.
• Vliegen met kleinere Rsp-stapels waren minder gevoelig en behielden meer sperma.

De Conclusie
Dit artikel bewijst dat je nu deze herhalende "junk" DNA-stapels chirurgisch kunt bewerken om te zien wat ze doen. Het bevestigt dat het aantal herhalingen in de Rsp-stapel direct bepaalt hoe het sperma van de vlieg reageert op het bedrieglijke element. Dit geeft wetenschappers een nieuwe manier om te begrijpen hoe deze mysterieuze, herhalende delen van ons genoom functioneren en hoe ze mogelijk zijn geëvolueerd om de manier waarop het leven is georganiseerd vorm te geven.