Gemuteerde gist belicht cruciaal CAG-lezend eiwit

Een studie in gist heeft een DNA-lezend eiwit genaamd SPT4 onder de aandacht gebracht dat mogelijk controleert welke CAG-bevattende genen actief zijn. Aangezien de ziekte van Huntington wordt veroorzaakt door een gen met een lange CAG-reeks, kan dit belangrijk zijn voor het begrijpen hoe het HD-gen werkt.

CAG en HD

De genetische afwijking die de ziekte van Huntington veroorzaakt is een ongewoon lange reeks van de chemische letters C, A en G aan het begin van het Huntingtine-gen. De ziekte van Huntington treedt op wanneer een van de twee kopieën van het gen 36 of meer herhalingen heeft.

De ongewoon lange CAG-reeks vertelt cellen om een eiwit te produceren met meer ‘glutamine’ bouwstenen dan normaal. Te veel glutamines maakt het eiwit defect en schadelijk voor neuronen. Een van de belangrijkste taken van HD-onderzoekers is om uit te vinden waarom dit het geval is.

Biologen gebruiken de letter Q om glutamine bouwstenen weer te geven – dus eiwitten met veel glutamines op een rij worden polyQ eiwitten genoemd.

Nu hebben de bevindingen van een internationale groep wetenschappers, gepubliceerd in het tijdschrift Cell, het belang aangetoond van een eiwit genaamd SPT4 in de manier waarop cellen CAG-bevattende genen zoals huntingtine lezen. Het werk heeft ons begrip verbeterd van hoe het HD-gen zich gedraagt, maar er is nog veel meer werk nodig voordat dit zou kunnen leiden tot een behandeling voor HD.

Gist gezegd, snel hersteld

Gist is veelzijdig spul. Het is bekend dat het wordt gebruikt om brood en bier te maken, maar je weet misschien niet dat het ook nuttig is voor het bestuderen van genetische ziekten. Het bestuderen van genetische variatie is makkelijker wanneer je duizenden of miljoenen varianten kunt kweken, in plaats van een veel kleiner aantal muizen of mensen te bestuderen.

De onderzoekers, onder leiding van Tzu-Hao Cheng van de National Yang-Ming University in Taiwan, besloten te onderzoeken of er giststammen waren die beter in staat waren zichzelf te beschermen tegen de effecten van grote CAG-herhalingen in hun DNA.

Ze voegden dus een nieuw gen toe aan de gistcellen – een gen met veel CAG’s. Door gebruik te maken van een kleurveranderende chemische reactie konden ze zeer snel zien welke cellen in staat waren om te gaan met de lange CAG-reeks.

Ze testten 180.000 verschillende giststammen. In één stam gaf de kleurverandering aan dat de cellen iets hadden gedaan om de effecten van het abnormale polyQ-eiwit te overwinnen. Ze ontdekten dat deze stam een nieuwe mutatie had in een ander gen – het gen dat cellen vertelt om een eiwit genaamd SPT4 te maken.

Transcriptiefactoren

SPT4 is wat een transcriptiefactor eiwit wordt genoemd – een moleculaire machine die direct controleert welke genen aan- of uitgezet worden in een cel. Het is dus logisch dat het muteren van SPT4’s eigen gen veranderde hoeveel polyQ-eiwit er werd geproduceerd.

SPT4 en CAG

De onderzoekers kweekten vervolgens doelbewust een giststam zonder het SPT4-gen, om te zien wat er zou gebeuren als de cel helemaal geen SPT4 had. Ze ontdekten dat deze cellen minder PolyQ-eiwit produceerden.

Zich afvragend of dit betekende dat SPT4 cellen hielp om polyQ-eiwit te maken, keken de onderzoekers nauwkeurig naar hoe de DNA-leesmachinerie interacteerde met het DNA in de cellen. Ze ontdekten dat wanneer SPT4 ontbrak, de gen-leesmachinerie minder waarschijnlijk verbonden was met het DNA bij CAG-herhalingsreeksen.

Hieruit concludeerden ze dat SPT4 mogelijk verantwoordelijk is voor het sturen van de DNA-leesmachinerie naar genen die veel CAG’s bevatten.

Hoe zit het met HD?

Als SPT4 betrokken is bij het lezen van CAG-herhalingen in gist, betekent dit dan dat het betrokken is bij de ziekte van Huntington?

Om te beginnen kweekte het team van Cheng neuronen in een schaaltje van een HD-muismodel. Die neuronen produceren het gemuteerde huntingtine-eiwit. Ze gebruikten een gen-uitschakeltechniek genaamd RNAi om het SPT4-gen ‘uit te schakelen’. Bij muizen en mensen heet het ‘Supt4h’. Niet erg pakkend, maar dat zijn genetici voor je.

Toen het Supt4h-gen werd uitgeschakeld, ontdekten de onderzoekers dat de productie van gemuteerd huntingtine afnam – maar de productie van ‘normaal’ huntingtine bleef onveranderd.

Wat betekent dit voor medicijnen?

Als SPT4 (of Supt4h) betrokken is bij het controleren hoeveel gemuteerd huntingtine neuronen produceren, kunnen zijn krachten dan worden ingezet om HD te bestrijden?

Zoals we eerder hebben gemeld, is het uitschakelen van het huntingtine-gen een belangrijke invalshoek voor HD-onderzoekers. Dat betekent het gebruik van medicijnen om cellen te vertellen minder huntingtine-eiwit te produceren. Idealiter zouden we alleen het gemuteerde eiwit kunnen uitschakelen, terwijl we het normale onaangetast laten. Het maken en testen van gen-uitschakelmedicijnen die dat doen is moeilijk.

Dus alles wat ons helpt begrijpen hoe het HD-gen werkt, kan van pas komen als het gaat om het uitschakelen van het gen.

Als we verder vooruit kijken, zou het nabootsen van de effecten van het uitschakelen van het Supt4h-gen een mogelijke invalshoek kunnen zijn om de niveaus van het gemuteerde eiwit te verlagen

Op dit moment is dat een minder aantrekkelijke aanpak dan het direct uitschakelen van het HD-gen, omdat Supt4h andere genen dan het huntingtine-gen controleert, en ook effecten heeft buiten het controleren van welke genen actief zijn – dat zou ongewenste bijwerkingen kunnen veroorzaken. Op dit moment hebben we ook geen medicijnen om Supt4h te controleren.

Dus op dit moment kan dit onderzoek waarschijnlijk het beste worden gezien als een interessant nieuw inzicht in de werking van het HD-gen – en het onderzoeken van deze nieuwe invalshoek zou op de lange termijn nuttig kunnen blijken, misschien als een manier om directe gen-uitschakeltechnieken te ‘fine-tunen’ of te verbeteren.

Meer informatie

• Artikel in het tijdschrift Cell door Liu en collega’s (volledig artikel vereist betaling of abonnement)