Chromosomen in het netvlies van nachtdieren werken als een lens

Chromosomen in de kern van lichtgevoelige cellen van nachtdieren werken als een kleine lens. Dat heeft een internationaal team van biologen en fysici ontdekt.

Chromosomen bestaan uit één lange DNA-keten waarin de genen liggen en verschillende structurele eiwitten die zorgen voor de verpakking ervan. Het verpakte DNA van de nachtdieren helpt om de optische eigenschappen van lichtgevoelige cellen te verbeteren (Cell, 17 april).

De studie laat dus zien dat DNA niet alleen erfelijke informatie bevat, maar ook een structurele functie kan hebben. De chromosomen in de celkern van de lichtgevoelige cellen werken als een lens die licht concentreert op pigmenten in het netvlies van de nachtdieren. Die pigmenten vangen het licht in en zetten het om in een elektrische impuls die het signaal via de oogzenuw naar de hersenen brengt.

Alle chromosomen in een cel vormen samen het chromatine. De compactheid ervan varieert. De stukken DNA die genen bevatten die in een cel vaak worden afgelezen zijn wat losser van structuur. DNA-delen waar geen genen liggen, of genen die in een bepaalde cel niet worden afgelezen, zijn zeer compacte moleculaire structuren.

Chromatine met genen die moeten worden afgelezen, ligt doorgaans losjes verpakt in de celkern. Dit euchromatine is daar makkelijk bereikbaar voor de cellulaire machinerie die genen vertaalt in RNA en uiteindelijk in functionele eiwitten. Genen die niet actief zijn, liggen in de kern verder naar buiten. Dit zogeheten heterochromatine is doorgaans dichter op elkaar gepakt.

Maar in lichtgevoelige cellen in het netvlies van dieren die ’s nachts goed kunnen zien, zoals katten, ratten, herten, fretten en opossums, is de situatie precies omgekeerd, zo ontdekten fysicus Jochen Guck (Cambridge University) en zijn collega’s. Het dicht opeengepakte heterochromatine ligt middenin, het euchromatine aan de buitenkant. Het aflezen van DNA verloopt daardoor misschien minder efficiënt, maar het zorgt er ook voor dat de cellen werken als lenzen. In cellen waarin het DNA op een conventionele manier verpakt ligt, verstrooit het chromatine juist het licht. Voor dieren die alleen overdag moeten kunnen zien, is dat volgens Guck geen groot bezwaar, omdat er voldoende licht binnenvalt.

Guck heeft de speciale rangschikking van het DNA ontdekt in kegelcellen: dat zijn de zeer lichtgevoelige cellen die zorgen dat dieren bij weinig licht in zwart-wit kunnen zien. In het netvlies van dieren die ’s nachts actief zijn, kan het aantal kegelcellen per vierkante millimeter netvlies oplopen tot maximaal een half miljoen of meer. Ook hebben deze dieren in hun ogen een reflecterende laag, het tapetum lucidum, die de kans op lichtdetectie verhoogt.

Overdag actieve dieren als het paard en het varken missen deze laag en de dichtheid van kegelcellen in hun netvlies ligt drie tot vier keer zo laag. Guck ontdekte dat dieren met een hoge dichtheid aan kegelcellen in die cellen ook de omgekeerde chromatinestructuur hebben. Dat deze chromatinestructuur lichtdetectie bevordert, toonde hij aan met computersimulaties.