De boodschapper neerschieten met enkelstrengs RNA-genuitschakeling
Nieuwe ‘enkelstrengs RNA’ genuitschakelende medicijnen kunnen veiliger & effectiever zijn voor de behandeling van de ziekte van Huntington
Na enorme vooruitgang in de afgelopen jaren komen we steeds dichter bij klinische studies met huntingtine-verlagende of ‘genuitschakelende’ behandelingen voor de ziekte van Huntington. Nieuwere, betere en veiligere technieken zijn altijd welkom en de aankondiging van ‘enkelstrengs RNA’ uitschakeling zorgt voor veel opwinding. Waar gaat het over?
Genuitschakelende medicijnen werken door cellen te vertellen het huntingtine-eiwit niet aan te maken, de oorzaak van schade bij de ziekte van Huntington. Ze doen dit door de eiwitproductiesystemen van de cellen te verstoren.
Er zijn twee hoofdtypen genuitschakelende medicijnen: antisense oligonucleotiden (ASO’s) en RNA-interferentie (RNAi). Dit artikel gaat over RNA-interferentie.
Terwijl er wordt toegewerkt naar klinische studies zo snel als mogelijk, hebben wetenschappers ook gewerkt aan de ontwikkeling van een nieuwe, en hopelijk verbeterde, RNA-interferentietechniek. Om de verschillen met bestaande technieken uit te leggen, moeten we eerst uitleggen hoe genen worden gelezen om eiwitten te maken. Blijf bij ons – het zal de moeite waard zijn!
Wat zijn DNA en RNA?
DNA is de blauwdruk voor het maken van mensen. Het is een lange molecule die bestaat uit aan elkaar gekoppelde stukjes die basen worden genoemd en die in 4 ‘smaken’ komen – C A G en T. Dit zijn de letters waarin onze genetische code is geschreven.
De DNA ‘dubbele helix’ bestaat uit twee strengen die naast elkaar liggen. Elke streng is een reeks basen, en de twee strengen worden bij elkaar gehouden door chemische bindingen tussen de basen op tegenoverliggende strengen. A vormt een paar met T, en C vormt een paar met G.
Om van DNA naar een eiwit te gaan, moet er een ‘werkkopie’ van het DNA worden gemaakt. Die kopie wordt ‘boodschapper’ RNA of mRNA genoemd. RNA is nauw verwant aan DNA maar ziet er iets anders uit.
mRNA is de sjabloon die een cel vertelt hoe een eiwit in elkaar moet worden gezet. Wanneer een cel een eiwit maakt – inclusief het huntingtine-eiwit – doet het dit door de instructies te lezen in het mRNA dat correspondeert met dat eiwit.
Het verstoren van huntingtine mRNA – of ‘de boodschapper neerschieten’ – voorkomt dat het huntingtine-eiwit wordt samengesteld, en is de basis van genuitschakeling bij RNA-interferentie.
OK – terug naar genuitschakeling
Tot nu toe hebben RNA-gebaseerde genuitschakelingstechnieken gebruik gemaakt van dubbelstrengs RNA-moleculen, genaamd siRNA. Dubbelstrengs RNA was tot nu toe nodig omdat enkelstrengs RNA wordt vernietigd door de eigen afvalverwijderingsmechanismen van cellen voordat het uitschakeling kan uitvoeren.
Eenmaal in de cellen moet het dubbelstrengs RNA zich splitsen in enkele strengen om te kunnen binden aan het huntingtine mRNA-boodschapmolecuul. Dan knipt een enzym in de cellen het mRNA in stukjes, zodat het gemuteerde eiwit nooit wordt gemaakt.
We weten dat deze aanpak de hoeveelheid gemuteerd HD-eiwit in cellen drastisch kan verminderen. Waar we minder zeker van zijn is of de ongewenste streng die zich afsplitst nadelige bijwerkingen heeft op cellen. Er bestaat een mogelijkheid dat het lichaam een aanval zou kunnen lanceren op de overgebleven streng en schade zou kunnen veroorzaken. Een andere mogelijkheid is dat de overgebleven streng zou kunnen binden aan ander mRNA, en de aanmaak van andere belangrijke eiwitten zou kunnen verhinderen.
Dubbelstrengs siRNA-moleculen verspreiden zich niet ver in de hersenen, waardoor het behandelen van grote hersengebieden moeilijk is.
Een laatste moeilijkheid van dubbelstrengs siRNA’s is dat ze op een ingewikkelde manier moeten worden verpakt om ze bij de juiste weefsels te krijgen waar ze hun werk moeten doen.
Er zijn studies geweest bij muizen en apen als diermodellen voor de ziekte van Huntington die aantoonden dat siRNA’s veilig en effectief zijn, maar wetenschappers zijn voorzichtig omdat we heel zeker moeten zijn over de veiligheid voordat we behandelingen geven aan kostbare mensen. Het laatste wat we willen is de ZvH erger maken.
Enkelstrengs siRNA
Een idee om het risico op slechte effecten van RNA-interferentie te verminderen is het produceren van enkelstrengs siRNA. Maar hoe kunnen we het stabiliteitsprobleem overwinnen – die vervelende gewoonte van cellen om het enkelstrengs RNA-medicijn in stukjes te knippen?
Na veel hard werk heeft een groep onderzoekers onder leiding van David Corey in Dallas, in samenwerking met ISIS Pharmaceuticals, net aangekondigd dat ze eindelijk de doorbraak hebben bereikt. Om je een idee te geven van de opwinding die dit heeft veroorzaakt: het werd aangekondigd in niet één, maar twee ‘back-to-back’ artikelen in dezelfde editie van het toptijdschrift Cell. Behoorlijk een primeur!
Door enkele chemische aanpassingen aan eerdere pogingen heeft het team van Corey een enkelstrengs siRNA gemaakt en konden ze het verpakken in een eenvoudige zoutoplossing. Ze hebben met succes het enkelstrengs siRNA geïnjecteerd in de vloeistofruimtes rond de hersenen in een muismodel van de ZvH, en konden aantonen dat het bindt aan huntingtine mRNA en voorkomt dat het HD-eiwit wordt gemaakt.
Win-win-win?
Bovendien verspreidden de effecten van enkelstrengs siRNA zich, in tegenstelling tot dubbelstrengs siRNA-medicijnen die eerder zijn getest, door de hele hersenen in plaats van beperkt te blijven tot het kleine gebied rond de injectie. Bij deze muizen leverde enkelstrengs siRNA in ieder geval een win-win op: het was stabiel en het verspreidde zich verder.
Daar niet tevreden mee, gingen ze nog verder. Door de structuur van hun molecuul licht aan te passen, konden ze ook een enkelstrengs siRNA maken dat alleen de productie van het gemuteerde HD-eiwit blokkeerde en niet voorkwam dat de normale versie van het HD-eiwit werd gemaakt. Ze deden dit door het siRNA te richten op de abnormaal lange ‘CAG’-reeks in het HD-gen.
Met een enkelstrengs siRNA hoeven we ons geen zorgen te maken over wat een tweede streng zou kunnen doen, en door alleen op het gemuteerde huntingtine mRNA te richten is er minder bezorgdheid over de mogelijke effecten van het stoppen van de productie van het normale HD-eiwit.
Wat nu?
Deze nieuwe methode lijkt dus veilig en effectief in muismodellen. Nu moeten we ervoor zorgen dat het veilig en effectief is in andere, grotere diermodellen voordat we zelfs maar overwegen om naar menselijke studies te gaan. Dat gebeurt nu!
Resterende vragen
Een aantal vragen zal moeten worden beantwoord voordat enkelstrengs RNA-interferentie kan worden getest bij mensen.
Ten eerste zijn er enkele andere genen met een reeks CAG’s erin. We weten nog niet of het introduceren van enkelstrengs siRNA’s gericht op die CAG-reeksen onbedoeld andere belangrijke genen zou kunnen uitschakelen.
Ten tweede, het leveringsprobleem. Hoe gaan we de belangrijke delen van de hersenen van patiënten met de ziekte van Huntington bereiken? Gelukkig werken onderzoekers bij de ZvH en andere ziekten hier al aan. Een studie met een vergelijkbaar medicijn gemaakt van enkelstrengs DNA wordt op dit moment getest bij ALS.
Ten slotte, hoe gaan we de effectiviteit van de behandeling meten en monitoren? In diermodellen kunnen we dit doen door naar hersenweefsel te kijken en te meten hoeveel huntingtine-eiwit wordt gemaakt. Dit is veel moeilijker te doen bij mensen, maar topwetenschappers werken eraan en we denken dat we klaar zijn om studies te starten bij patiënten met de ziekte van Huntington.
Meer mogelijke toepassingen voor enkelstrengs siRNA
Een laatste voorproefje van een andere mogelijke toepassing van enkelstrengs siRNA. Onderzoekers kijken ook naar het gebruik ervan in combinatie met stamcelonderzoek. In principe werken ze aan het nemen van huidcellen van mensen met de ziekte van Huntington, en het omzetten van die huidcellen in neuronen. Die neuronen zouden dan kunnen worden behandeld met enkelstrengs siRNA’s om de niveaus van schadelijk HD-eiwit te verlagen voordat ze terug worden getransplanteerd in de hersenen.
Het zal nog vele jaren duren voordat de combinatie van enkelstrengs siRNA met patiënt-afgeleide stamcellen zou kunnen worden gebruikt als behandeling, maar het is een slim idee en het is goed om te weten dat alle mogelijkheden worden onderzocht. Ondertussen verwachten we dat enkelstrengs siRNA vrij snel zal vorderen richting klinische studies.
Meer informatie
Voor meer informatie over ons openbaarmakingsbeleid, zie onze FAQ…
