Zoektocht naar kankergenen met virussen en (computer)muizen

Kankergenen opsporen in muizen verloopt een stuk sneller als het experiment in de computer ‘herhaald’ wordt.

Tumorvirussen

Om kankergenen in de muis op te sporen maken de Amsterdamse onderzoekers gebruik van virussen. Virussen hebben voor hun voortplanting de cellen van andere organismen nodig. Een bepaalde groep van virussen kan zich, na het binnendringen van de cel van een gastheer, in het DNA van deze cel nestelen - dit heet integratie. Hierdoor kan hij slim gebruik maken van alle voorzieningen die normaal voor celdeling zorgen om zichzelf toch voort te planten. Het vervelende voor de cel is: door zich in het DNA te integreren, maakt het virus het DNA plaatselijk kapot. Als het virus in de buurt van een kankergen terechtkomt, bestaat de kans dat de cel zich ongeremd gaat delen. Uiteindelijk kan dat leiden tot een tumor. Biologen bij het NKI maken slim gebruik van dit mechanisme. Ze injecteren wat van het virus bij muizen, en halen de tumoren, die als gevolg van virusintegratie zijn ontstaan, uit het dier. Door vervolgens te gaan kijken wáár de virussen zich in het DNA hebben geïntegreerd, kunnen ze achterhalen welke delen van het DNA een rol spelen bij het ontstaan van een tumor. Helaas zijn de resultaten uit één enkele muizentumor onvoldoende om betrouwbare resultaten te verkrijgen, en belangrijker de geraakte gebiedjes verschillen van tumor tot tumor (dat maakt kanker ook tot zo'n lastig te genezen ziekte). Daarom wordt het experiment op ruim 500 muizen herhaald.

Duizenden integraties

De praktijk is echter niet zo zwart/wit: lang niet ieder virus dat zich in het DNA integreert, leidt daadwerkelijk tot een tumor. De vraag is dus: in welke gebieden van het DNA hebben virussen wél een effect? Dit is geen makkelijke vraag, want vaak leveren dit soort experimenten duizenden virusintegraties op, wat het onmogelijk maakt om de virusintegraties stuk voor stuk na te gaan. Hier kan de bioinformatica een uitkomst bieden.

Tumorgenen opsporen

Als blijkt dat in verschillende muizentumoren het virus in hetzelfde DNA-gebied is beland, is de kans klein dat het toevallig is. Dat deel van het chromosoom speelt hoogstwaarschijnlijk een rol bij het ontstaan van de tumor. De vraag is dan: hoe vaak moeten we het virus in een zelfde DNA-gebied tegenkomen om toeval te kunnen uitsluiten? Om dit uit te kunnen rekenen hebben de bioinformatici uit Delft een virusintegratie nagebootst op de computer. Hiermee kunnen ze het hele biologische experiment (dus alle 500 muizen) nabootsen. Dit doen ze 100.000 keer. Hierdoor krijgen de onderzoekers een idee hoe groot de kans is dat een bepaald deel van het DNA per toeval geraakt wordt. Stel bijvoorbeeld dat in de 100.000 computer simulaties, een bepaald gebied meestal één keer, af en toe twee keer, en slecht één maal drie keer geïntegreerd wordt. Dit betekent dat in de resultaten met echte muizen, de DNA-delen die in totaal over alle 500 experimenten drie of meer virus integraties bevatten zeer waarschijnlijk geen toeval zijn. Immers, dit kwam in het nagebootste experiment maar één keer in de 100.000 simulaties voor. In andere woorden: met behulp van het computerprogramma kunnen onderzoekers nu de delen in het DNA van muizen aanwijzen waarvoor de kans zeer groot is dat ze iets met kanker te maken hebben.

Meerdere uitdagingen

Het bovenstaande is slechts één van de analyses die kunnen worden toegepast op de experimentele resultaten van de proeven met het virus. De onderzoekers kijken bijvoorbeeld ook, op een soortgelijke manier, naar hoe vaak virusintegraties plaatsvinden in twee (of meer) DNA-gebieden in dezelfde tumor. Blijkbaar kon zo'n tumor alleen ontstaan door een combinatie van twee of meer virusintegraties. Het spreekt vanzelf dat kankeronderzoekers zeer geïnteresseerd zijn in het ontdekken van die combinaties. Daarnaast proberen ze te voorspellen welke naburige genen door de virusintegratie beïnvloedt worden. Reeds beschikbaar kennis over de functie van deze genen speelt daarbij een belangrijke rol.

Het leuke van de bioinformatica is dat het onderzoek altijd in teamverband geschied. Een (bio)informaticus is nou eenmaal geen bioloog, en aan de andere kant is de bioloog vaak niet op de hoogte van de nieuwste analyse technieken. Alleen door intensief samen te werken, veel te brainstormen en te discussiëren kun je tot oplossingen en nieuwe inzichten komen.

Tip-a-friend