Vergelijkende Genetica en Verfijning
Met als doel het verfijnen van proefdierkundig onderzoek doet de afdeling Vergelijkende Genetica en Verfijning (CG&R) onderzoek naar genetische kenmerken van verschillende apensoorten. Voor dit onderzoek gebruikten we DNA (deoxyribonucleic acid ), de stof waaruit de chromosomen zijn opgebouwd.
DNA-moleculen zijn lange ketens, die worden gevormd door vier verschillende chemische bouwstenen, de nucleotiden genoemd. Dit zijn adenine (A), cytosine (C), guanine (G), en thymine (T). Een gen is een deel van het DNA, dat binnen een cel wordt vertaald naar een eiwit. De eiwitten vormen het besturingssysteem van de chemische processen in een cel en bepalen daarmee alle kenmerken van een organisme. De nucleotidevolgorde van genen kunnen per individu verschillen, en worden over het algemeen overgeërfd van generatie op generatie.
De onderzoeksvragen van de afdeling CG&R richten zich voornamelijk op het bepalen van de nucleotidevolgorde van het major histocompatibility complex (MHC), de killer cell immunoglobulin-like receptor (KIR), en leukocyte immunoglobulin-like receptor (LILR) genen. Eiwitten van MHC, KIR en LILR komen tot expressie op het celmembraan van verschillende soorten immunologische cellen, en spelen een belangrijke rol in de afweer tegen ziekteverwekkers. MHC-eiwitten binden lichaamsvreemde stoffen en presenteren deze aan cellen van het immuunsysteem. Eiwitten van KIR scannen voor de aan- of afwezigheid van MHC-eiwitten op de cellen, bijvoorbeeld als gevolg van kanker of virusinfectie, en zorgen dat deze ‘afwijkende’ of geïnfecteerde cellen worden opgeruimd uit het lichaam. LILR-eiwitten, op hun beurt, kunnen ook een interactie aangaan met MHC-eiwitten en zijn betrokken bij een breed spectrum aan immunologische reacties, waaronder het reguleren van de immuuncelactiviteit, het afgeven van cytokines en de productie van antistoffen. Hiernaast doen we ook onderzoek naar de functionele karakteristieken van MHC, KIR en LILR-eiwitten. De genetische en functionele informatie over het MHC, KIR en LILR gebruiken we om dieren te selecteren voor biomedisch onderzoek, en ze dragen zo derhalve bij aan de verfijning van proefdiermodellen.
Het DNA wordt geïsoleerd uit bloedmonsters die tijdens de jaarlijkse gezondheidscontrole bij de dieren worden afgenomen. De afdeling CG&R verricht ook regelmatig genetisch onderzoek voor andere instituten en dierentuinen, waarbij DNA verkregen kan worden op niet-invasieve wijze (b.v. uit haarwortels of ontlasting). Zo kunnen we onderzoek doen voor met uitsterven bedreigde diersoorten (conservatiebiologie). Met de gegevens kunnen we antwoord geven op vragen over ouderschap, inteelt, en de afname van genetische variatie van bepaalde genen. Dit laatste is van belang omdat dit een oorzaak kan zijn van, bijvoorbeeld, de toename van bepaalde ziektes binnen een primatenpopulatie. De kwaliteit van niet-invasief verkregen DNA, en de hoeveelheid informatie die eruit wordt verkregen, kan echter beperkt zijn.
Klik hieronder een tab aan om meer te lezen over de voorbeeldstudies.
-
Voorbeeldstudie 1
KIR onderzoek in resus- en cynomolgus makaakpopulaties
Voor preklinisch onderzoek naar infectie en complexe immuun gerelateerde ziekten worden resus- en cynomolgus makaken wereldwijd ingezet als proefdiermodel. Het natuurlijk leefgebied van deze twee makaaksoorten is uitgestrekt. Resusmakaken vind je bijvoorbeeld in Noord-India, Afghanistan, Zuid-China, en cynomolgus makaken leven in delen van Cambodja, Vietnam, Thailand, het vaste land en de eilanden van Indonesië en de Filipijnen.
De uitkomsten van infecties en immuunreacties binnen een model kunnen worden beïnvloed door de selectie van een makaaksoort en zelfs door de selectie van een bepaalde geografische populatie. Een goed voorbeeld hiervan is het verschil in immuunreactie in resusmakaken van Indiase of Chinese origine bij een SIV-infectie (een HIV-1-achtig virus dat de ontwikkeling van de ziekte AIDS nabootst). Genetisch factoren kunnen mogelijk een rol spelen in de verschillende uitkomsten die waargenomen worden.
Met behulp van het grote arsenaal aan Bio-bankmonster dat we bezitten en het toepassen van nieuwe sequencing technieken hebben we de KIR genen in resus- en cynomolgus makaken en hun verschillende populaties in kaart gebracht. In beide soorten zien we veel variatie voor de verschillende genen. Sommige KIR genen worden gedeeld en zijn dus aanwezig in beide makaaksoorten. Een groot deel van de KIR genen is echter specifiek voor een soort. De sequentievariaties binnen een bepaald KIR gen zijn meestal soort specifiek. Daarbij komt dat beide soorten veel relatief nieuwe KIR genen hebben, die hoogstwaarschijnlijk ontstaan zijn door recombinatie. De grote diversiteit die we zien duidt op een snelle evolutie van het makaak KIR gen systeem.
De opgedane kennis over het KIR in de resus en cynomolgus makaak en hun populaties maakt het mogelijk om de impact van het repertoire in de verschillende proefdiermodellen voor menselijke gezondheid en ziekte te bestuderen. Ook kan deze kennis helpen bij het selecteren van dieren met een bepaalde genetische merker voor het verfijnen van een proefdiermodel.
-
Voorbeeldstudie 2
Mens, chimpansee en bonobo delen bepaalde MHC-A eiwitten met zeer gelijkende functionele karaktereigenschappen: implicaties voor bescherming tegen retrovirale infecties
Ook een kleine groep mensen blijkt op een natuurlijke manier een HIV-1 infectie onder controle te kunnen houden. Grootschalig onderzoek heeft aangetoond dat bepaalde MHC eiwitten hierin een belangrijke rol spelen. In het verleden hebben wij laten zien dat chimpansees en bonobo’s voor hun MHC door een selectie zijn gegaan. In vergelijking met de mens hebben deze twee diersoorten een zeer beperkte MHC variatie. Wij denken dat dit mogelijk in een ver verleden veroorzaakt is door een infectie met een retrovirus, zoals b.v. het HIV-1. Met het MHC onderzoek in chimpansees en bonobo’s hopen we een betere kijk te krijgen op hoe hun immuunrepertoire gevormd is.
Er is vooral veel onderzoek gedaan aan de MHC-B eiwitten. Recent hebben we de functionele karaktereigenschappen van de MHC-A eiwitten in mens, chimpansee en bonobo met elkaar vergeleken. Daarbij hebben we gebruik gemaakt van materiaal uit onze Bio-bank en van verschillende computermodellen. Uit de analyses kunnen we concluderen dat de mens, chimpansee en bonobo bepaalde MHC-A eiwitten hebben die op een zeer gelijkende manier kunnen functioneren. Juist deze MHC-A eiwitten komen in alle drie de soorten heel veel voor, wat suggereert dat zij mogelijk een belangrijke rol spelen in het afweersysteem van deze soorten en bij de bescherming tegen retrovirale infecties.
