Skip to main content

Het DNA in wachtstand

Abstract

Het erfelijk materiaal dat een mens bij zijn eigen bevruchting ontvangt, moet tientallen jaren mee voordat het aan een volgend kind wordt doorgegeven. Wij zetten op een rij wat het lichaam in die tussentijd doet om het te bewaren. Er blijken voorzieningen te bestaan die uitsluitend in de kiemcellen aanstaan en nergens anders. Zij werken bij man en vrouw niet gelijk, er zijne bespreken enkele fundamentele verschillen. Tot slot rekenen wij uit hoeveel generaties er tussen Adam en Eva en de moderne mens liggen, want dat getal bepaalt het uiteindelijke resultaat.

Intro

Een pasgeboren meisje draagt haar eicellen al bij zich. Het DNA daarin is gevormd bij haar eigen bevruchting, en het moet twintig, dertig of veertig jaar meegaan voordat er een kind uit voortkomt. In die hele tijd staat het bloot aan straling, aan chemische aanvallen van binnenuit, en aan de fouten die bij elke celdeling insluipen.
Dat leidt tot de vraag: gebeurt er iets om dat materiaal intussen te beschermen, of loopt het gewoon mee met de rest van het lichaam?
Onze zoektocht toont een ongekende geborgenheid! De kiembaan, dat is de lijn van cellen die uiteindelijk de ei- en zaadcellen levert, wordt duidelijk anders behandeld dan al het overige weefsel.

1. De kiembaan apart

Om te beginnen worden de kiemcellen vroeg uit de bouwploeg gehaald. Vanaf ongeveer dag twaalf na de bevruchting worden de oerkiemcellen als aparte groep aangewezen, dus nog vóór de aanleg van de organen begint. Zij trekken daarna naar de plaats waar de geslachtsklieren gevormd worden en delen verder nauwelijks mee met het lichaam eromheen.
Wart is de reden? Elke celdeling heeft kans op een kopieerfout. Wie de lijn vroeg aftakt, houdt het aantal delingen laag dat vóór de gametenvorming plaatsvindt. Bij een gewone huidcel loopt die teller ongehinderd door.

2. De eicel in wachtstand

Vervolgens gebeurt er iets dat in de rest van het lichaam geen tegenhanger heeft. Alle eicellen komen nog vóór de geboorte in de eerste meiotische deling terecht en blijven daar liggen, midden in de profase, tot de dag van de eisprong. Dat kan vijftig jaar duren. In die hele periode wordt het DNA geen enkele keer meer verdubbeld.
Het gevolg is opmerkelijk: een eicel die op veertigjarige leeftijd vrijkomt, heeft ongeveer evenveel celdelingen achter de rug als een eicel die op twintigjarige leeftijd vrijkwam. Ongeveer vierentwintig, dat aantal ligt vast. De klok is stilgezet.

3. De verbranding stilgelegd

De scherpste vondst is echter van 2022. Een onderzoeksgroep van het Centre for Genomic Regulation in Barcelona toonde aan dat menselijke eicellen complex I van de ademhalingsketen niet opbouwen en niet actief houden. Zij publiceerden het in Nature onder de titel Oocytes maintain ROS-free mitochondrial metabolism by suppressing complex I.
Waarom dat ertoe doet: complex I is de voornaamste bron van vrije zuurstofradicalen in de cel, en die radicalen zijn de belangrijkste chemische aanvaller van DNA. De eicel legt dus een deel van haar eigen energievoorziening stil, en het enige wat zij daarvoor terugkrijgt is dat zij tientallen jaren ongeschonden kan blijven liggen. De onderzoekers noemen het zelf een strategie voor lange levensduur.
Wie in een werkplaats een precisieonderdeel veertig jaar moet wegleggen, legt het niet zomaar op een rek: hij ver het in het, hij verpakt het luchtdicht en hij haalt het vocht eruit. Precies zo gaat het hier, en het is o.i. het scherpste voorbeeld uit deze hele lijst. Een cel die haar eigen verbranding terugschroeft, doet dat niet toevallig.

4. Afweer tegen springende genen

In het genoom liggen stukken DNA die zichzelf kunnen kopiëren en op een andere plaats weer invoegen. Springt zo'n stuk midden in een werkend gen, dan is dat gen stuk. Tegen dat gevaar bestaat een apart afweersysteem: de PIWI-eiwitten met hun kleine RNA-moleculen, die zulke springende genen stilleggen.
Merkwaardig is dat dit systeem vrijwel uitsluitend in de kiemcellen tot expressie komt. Het lichaam houdt er dus een aparte bewaking op na voor het genoom van zijn nakomelingen, en die bewaking staat elders uit.

5. Uitzuivering en verpakking

Deze twee voorzieningen horen bij elkaar omdat ze allebei kwaliteit bewaken in plaats van schade te voorkomen.
De eerste is een strenge selectie. Rond de twintigste week van de zwangerschap draagt een meisje ongeveer zeven miljoen kiemcellen. Bij de geboorte blijven er nog één à twee miljoen over, bij de puberteit enkele honderdduizenden, en uiteindelijk komen er ongeveer vierhonderd vrij. Het eiwit TAp63 speelt daarin een sleutelrol: het zet eicellen met dubbelstrengsbreuken in hun DNA aan tot celdood. Wat beschadigd is, valt weg.
De tweede is de verpakking van de zaadcel. Bij de rijping worden de histonen, de eiwitspoelen waarop het DNA gewoonlijk gewikkeld zit, grotendeels vervangen door protaminen. Die vouwen het DNA veel dichter op dan in een gewone celkern. Het is fysieke bescherming voor de reis, en het maakt de kop van de zaadcel meteen kleiner en beter gestroomlijnd.
En wat er ondanks alles toch stukgaat? Dat wordt na de bevruchting hersteld door de reparatiemachinerie van de eicel, want de zaadcel voert die zelf nauwelijks mee. De moeder repareert dus het DNA van de vader.

6. Wat de vaderlijn kost

Dat is echter maar de helft van het beeld, want bij de man bestaat er geen wachtstand.
De voorlopers van de zaadcellen blijven levenslang delen. De gangbare schatting is een dertigtal delingen tot de puberteit en daarna ongeveer drieëntwintig per jaar, zodat de teller bij een man van veertig rond de zeshonderdvijftig staat. Tegenover de vierentwintig van de eicel is dat een verschil van meer dan een factor twintig.
Dat verschil is ook werkelijk gemeten. In 2017 publiceerde een IJslands onderzoeksteam de uitkomst van 1.548 gezinnen waarvan zowel de ouders als het kind volledig uitgelezen waren, samen goed voor 108.778 nieuwe mutaties:

 

Gemeten grootheidUitkomst
Nieuwe mutaties per kind, gemiddeld70,3 mutaties
Extra mutaties per jaar leeftijd van de moeder0,37 mutaties (95 %-interval 0,32 tot 0,43)
Extra mutaties per jaar leeftijd van de vader

1,51 mutaties (95 %-interval 1,45 tot 1,57)

De vaderlijke bijdrage is dus ruim vier keer zo groot als de moederlijke, en dat komt overeen met wat het delingsverschil doet verwachten. Laten we eerlijk zijn: dit is een opmerkelijke asymmetrie in het ontwerp. De eicel wordt in de wachtstand gezet, de zaadcel niet.

7. Honderdvijfenveertig generaties

Blijft de vraag de impact van dit alles is. Zeventig mutaties per generatie klinkt als veel, maar dan moeten wij weten over hoeveel generaties het gaat. Hoeveel mensen staan er eigenlijk tussen Adam en een kind dat vandaag geboren wordt? Dat valt na te rekenen, en wel uit de Schrift zelf. Genesis 5 en 11 geven bij elke naam de leeftijd van de vader bij de geboorte van de zoon, en Lucas 3 geeft de onafgebroken naamlijst van Jezus terug tot Adam. Die lijst telt zevenenzeventig namen: Adam is nummer één, Jezus nummer zevenenzeventig.

TrajectBronSchakelsJarenJaar per generatie 
Adam tot NoachGenesis 591.056 jaar117 
Noach tot AbramGenesis 1110952 jaar95 
Abraham tot JezusLucas 3561.993 jaar36 
Jezus tot vandaagschatting van 30 jaar± 682.030 jaar30 
Totaal ± 143± 6.031 jaar  

Wie vandaag geboren wordt, is dus ongeveer de honderdvijfenveertigste generatie sinds Adam. Op zesduizend jaar geschiedenis is dat minder dan honderdvijftig mensen op een rij!
Twee dingen horen daarbij vermeld. De schakels tot Christus zijn gerekend uit vermelde leeftijden en liggen dus vast, maar voor de laatste tweeduizend jaar moeten wij een gemiddelde generatielengte schatten. Bij vijfentwintig jaar komen wij op honderdzevenenvijftig uit, bij vijfendertig op honderdvierendertig. En de zesenvijftig schakels tussen Abraham en Jezus zijn een ondergrens, want de lijst van Mattheüs slaat aantoonbaar drie koningen over (Mt 1:8).

Besluit

Wat wij hier zien is o.i. het ingenieursbeeld in zijn zuiverste vorm. Geen enkele van deze voorzieningen vraagt een ingrijpen achteraf. Het zijn stuk voor stuk mechanismen die vooraf zijn aangelegd en die daarna hun werk doen: de vroege aftakking, de wachtstand, de stilgelegde verbranding, de afweer tegen springende genen, de uitzuivering, de verpakking. De Ontwerper heeft het gereedschap gemaakt en het daarna laten draaien.
Bewaren is trouwens precies waar Genesis 5 over gaat. Het hoofdstuk is één lange keten van doorgeven:
Toen Adam honderd dertig jaar geleefd had, verwekte hij een zoon naar zijn gelijkenis, als zijn beeld, en noemde hem Set. (Ge 5:3, NBG1951)

Naar zijn gelijkenis, als zijn beeld. Dat is wat er doorgegeven wordt, en het lichaam blijkt over een reeks voorzieningen te beschikken om dat beeld zo zuiver mogelijk over te dragen. Dat het samenstel ervan op ontwerp wijst, is onze gevolgtrekking en geen meetresultaat. 
Blijft één vraag open, en wij laten ze onbeantwoord. De cijfers hierboven zijn gemeten aan hedendaagse ouders, en zij schalen mee met de leeftijd van de vader. Wat gebeurt er dan bij de vaders van Genesis 5, die hun zonen op honderd, honderdtachtig of vijfhonderd jaar verwekten?

Referenties

  • Jónsson, H. e.a., "Parental influence on human germline de novo mutations in 1,548 trios from Iceland", Nature 549 (2017), blz. 519-522. www.nature.com/articles/nature24018
  • Kong, A. e.a., "Rate of de novo mutations and the importance of father's age to disease risk", Nature 488 (2012), blz. 471-475. www.nature.com/articles/nature11396
  • Rodríguez-Nuevo, A. e.a., "Oocytes maintain ROS-free mitochondrial metabolism by suppressing complex I", Nature 607 (2022), blz. 756-761. www.nature.com/articles/s41586-022-04979-5
  • Irie, N. e.a., "SOX17 is a critical specifier of human primordial germ cell fate", Cell 160 (2015), blz. 253-268. pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4310934/
  • Aravin, A.A., Hannon, G.J. en Brennecke, J., "The Piwi-piRNA pathway provides an adaptive defense in the transposon arms race", Science 318 (2007), blz. 761-764.
  • Suh, E.K. e.a., "p63 protects the female germ line during meiotic arrest", Nature 444 (2006), blz. 624-628.
  • Balhorn, R., "The protamine family of sperm nuclear proteins", Genome Biology 8 (2007), artikel 227.
  • Crow, J.F., "The origins, patterns and implications of human spontaneous mutation", Nature Reviews Genetics 1 (2000), blz. 40-47. Hieruit komen de geschatte delingsaantallen van de zaadcellijn.
  • Bijbelcitaat: NBG1951.