Onderzoekers van de Universiteit van Stockholm hebben voor de eerste keer met succes RNA-moleculen geïsoleerd en geanalyseerd van de wolharige mammoet uit de IJstijd. Deze RNA-sequenties zijn de oudste die ooit zijn teruggevonden en komen uit mammoetweefsel dat bijna 40.000 jaar lang bewaard is gebleven in de Siberische permafrost.
De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Cell, toont aan dat niet alleen DNA en eiwitten, maar ook RNA gedurende lange tijd kan worden bewaard, waardoor nieuwe inzichten worden verkregen in de biologie van soorten die al lang zijn uitgestorven. “Met RNA kunnen we direct bewijs verkrijgen van welke genen ‘actief’ zijn, wat een blik biedt op de laatste momenten van het leven van een mammoet die rondliep op aarde tijdens de laatste ijstijd”, zegt Emilio Mármol, hoofdauteur van de studie en eerder postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Stockholm.
Hij is nu gevestigd bij het Globe Institute in Kopenhagen. Tijdens zijn tijd aan de Universiteit van Stockholm werkte hij samen met onderzoekers van SciLifeLab en het Centrum voor Paleogenetica, een gezamenlijke initiatief tussen de Universiteit van Stockholm en het Zweeds Museum voor Natuurlijke Geschiedenis.
Het sequencen van prehistorische genen en het bestuderen van hoe ze worden geactiveerd is belangrijk om de biologie en evolutie van uitgestorven soorten te begrijpen. Jarenlang hebben wetenschappers het DNA van mammoeten ontcijferd om hun genoom en evolutionaire geschiedenis in kaart te brengen. Tot nu toe bleef RNA, het molecuul dat aantoont welke genen actief zijn, echter buiten bereik.
De langdurig heersende overtuiging dat RNA te fragiel is om zelfs maar een paar uur na de dood te overleven, heeft onderzoekers waarschijnlijk ontmoedigd om deze informatierijke moleculen in mammoeten en andere lang uitgestorven soorten te bestuderen. “We kregen toegang tot uitzonderlijk goed bewaard gebleven mammoetweefsels die uit de Siberische permafrost zijn opgegraven, waarvan we hoopten dat ze nog RNA-moleculen bewaard zouden hebben”, voegt Mármol toe.
“We hebben eerder de grenzen van DNA-recuperatie verlegd tot meer dan een miljoen jaar. Nu wilden we onderzoeken of we RNA-sequencing verder terug in de tijd konden uitbreiden dan in eerdere studies”, zegt Love Dalén, professor in Evolutionaire Genomica aan de Universiteit van Stockholm en het Centrum voor Paleogenetica.
De onderzoekers konden weefsel-specifieke patronen van genexpressie identificeren in de bevroren spierresten van Yuka, een jonge mammoet die bijna 40.000 jaar geleden stierf. Van de meer dan 20.000 eiwit-coderende genen in het genoom van de mammoet waren lang niet alle actief. De gedetecteerde RNA-moleculen coderden voor eiwitten met essentiële functies in spiercontractie en metabolische regulatie onder stress.
“We vonden tekenen van celstress, wat misschien niet verbazingwekkend is aangezien eerder onderzoek heeft gesuggereerd dat Yuka werd aangevallen door grotleeuwen kort voordat hij stierf”, zegt Mármol. De onderzoekers vonden ook een groot aantal RNA-moleculen die de activiteit van genen in de mammoetspiermonsters reguleren.
“RNA’s die geen eiwitten coderen, zoals microRNA’s, waren enkele van de meest opwindende bevindingen die we hebben gedaan”, zegt Marc Friedländer, universitair hoofddocent aan de afdeling Moleculaire Biowetenschappen, het Wenner-Gren Instituut aan de Universiteit van Stockholm en SciLifeLab.
“De spier-specifieke microRNA’s die we in mammoetweefsels vonden, zijn direct bewijs van genregulatie die in realtime plaatsvond in de oudheid. Het is voor het eerst dat iets dergelijks is bereikt”, voegt hij eraan toe. De geïdentificeerde microRNA’s hielpen de onderzoekers ook te bevestigen dat de bevindingen echt afkomstig waren van mammoeten.
“We vonden zeldzame mutaties in bepaalde microRNA’s die een onmiskenbaar bewijs van hun mammoet oorsprong gaven. We detecteerden zelfs nieuwe genen puur op basis van RNA-bewijs, iets dat nog nooit eerder was geprobeerd in zulke oude overblijfselen”, merkt Bastian Fromm, universitair hoofddocent aan het Arctic University Museum of Norway, op.
‘RNA-moleculen kunnen veel langer overleven dan eerder werd gedacht’
“Onze resultaten tonen aan dat RNA-moleculen veel langer kunnen overleven dan eerder werd gedacht. Dit betekent dat we niet alleen kunnen bestuderen welke genen ‘actief zijn’ bij verschillende uitgestorven dieren, maar dat het ook mogelijk zal zijn om RNA-virussen, zoals influenza en coronavirussen, te sequencen die bewaard zijn in overblijfselen uit de IJstijd,” zegt Dalén.
In de toekomst hopen de onderzoekers studies uit te voeren die prehistorische RNA combineren met DNA, eiwitten, en andere bewaarde biomoleculen. “Dergelijke studies zouden ons begrip van uitgestorven megafauna en andere soorten fundamenteel kunnen hervormen, en de vele verborgen lagen van biologie onthullen die tot nu toe bevroren in de tijd zijn gebleven”, sluit Mármol af.
