Splicing met gevaar: een nieuwe manier van denken over het schadelijke Huntington-eiwit

Onderzoekers zijn hard aan het werk om precies uit te zoeken hoe het uitgebreide Huntington-gen schade veroorzaakt. Recent werk van een Britse groep heeft een nieuwe aanwijzing ontdekt die helpt het mysterie op te lossen. Het blijkt dat foutieve verwerking van het huntingtine-‘recept’ een kort, schadelijk fragment van het huntingtine-eiwit produceert.

Het kookboek, het recept en de kersenvlaai

De ziekte van Huntington wordt veroorzaakt door een ongewenste uitbreiding van het huntingtine-gen. Maar genen zijn gemaakt van DNA, en het is het uitgebreide huntingtine-eiwit dat het probleem veroorzaakt. Hoe komen we van DNA naar eiwit? Via een tussenliggende boodschappermolecuul genaamd RNA.

Het kan helpen om je een overbezorgde oma voor te stellen die haar kookboek in een kluis bewaart zodat het niet beschadigd raakt in de keuken. Iedereen die haar beroemde kersenvlaai wil maken, moet de kluis in gaan, een kopie maken van het recept en naar de keuken gaan om de ingrediënten te verzamelen.

Op dezelfde manier beschermen onze cellen ons DNA in de celkern. RNA-kopieën van genen worden in de kern gemaakt en naar buiten getransporteerd, waar ze worden ‘vertaald’ in eiwit. RNA-boodschappen fungeren als recepten die de cel precies vertellen welke ingrediënten gebruikt moeten worden om het eiwit te maken.

In het geval van een uitgebreid huntingtine-gen is de RNA-kopie van het recept ook uitgebreid. Het uiteindelijke eiwit heeft te veel ‘ingrediënten’ en wordt niet goed gevormd. Hoewel we weten dat deze uitbreiding de ziekte van Huntington veroorzaakt, is het nog steeds niet precies bekend hoe het uitgebreide eiwit problemen veroorzaakt in neuronen.

Het lange en het korte ervan

Het huntingtine-gen is erg lang – een van de langste genen die we hebben – en bevat het recept voor een zeer groot eiwit. Maar de abnormale uitgebreide regio bevindt zich helemaal aan het begin van het gen: de eerste regel van het recept, zeg maar.

Een ding dat onderzoekers hebben opgemerkt, is dat de hersencellen van HD-patiënten en muismodellen zeer korte versies van het huntingtine-eiwit bevatten – slechts ongeveer de eerste vijf procent.

Hoe ontstaan deze fragmenten? Tot nu toe werd begrepen dat speciale ‘kliefeiwitten’ het huntingtine-eiwit in stukjes snijden, fragmenten van huntingtine.

Fragmenten die de abnormale uitbreiding bevatten, zijn echter schadelijk voor hersencellen. Onderzoekers onder leiding van Prof. Gill Bates van King’s College London suggereerden dat er nog een andere mogelijke manier is waarop deze fragmenten kunnen ontstaan, en dat gebeurt in de fase waarin de RNA-kopie van het recept wordt gemaakt.

De montagekamer

Herinner je dat genen zijn gemaakt van DNA, dat wordt gekopieerd naar RNA, dat vervolgens wordt vertaald in eiwit. Simpel, toch? Maar zoals bij de meeste dingen in de natuur, is er nog een laag van complexiteit om rekening mee te houden.

Genen bevatten namelijk coderende en niet-coderende regio’s die in volgorde zijn gerangschikt als de strepen van een zebra. Alleen de coderende regio’s van het gen eindigen als eiwit, terwijl de niet-coderende regio’s worden overgeslagen.

Dus bij het kopiëren van DNA naar RNA wordt eerst een kopie gemaakt van het hele gen, en dan worden de niet-coderende regio’s verwijderd uit het RNA, in een proces dat splicing wordt genoemd.

Als we terugkeren naar onze analogie van oma’s kookboek, kunnen we ons voorstellen dat het kookboek regels onzin bevat tussen de instructies. Het hele recept, inclusief onzin, wordt gekopieerd in de kluis, maar de kopie wordt geknipt en weer aan elkaar geplakt, zonder de onzin, voordat het naar de keuken gaat.

Wat is er nieuw?

Bij onderzoek met muizen heeft het team van Bates ontdekt dat de splicing-stap, waarbij de niet-coderende onzin uit de RNA-boodschap wordt verwijderd, misgaat als het huntingtine-RNA is uitgebreid, zoals bij de ziekte van Huntington.

Bij normale muizen werd de niet-coderende regio correct gesplitst en werden de eerste twee coderende regio’s correct samengevoegd om een zinvolle, volledige boodschap te vormen.

Maar bij muizen die genetisch gemanipuleerd waren om een uitgebreid huntingtine-gen te dragen, werd de eerste niet-coderende regio niet goed verwijderd. In deze onzin-regio ligt een signaal dat de cel vertelt om “dit RNA kort te knippen”. Als gevolg hiervan produceren muizen met een uitgebreid HD-gen een extra, korte RNA-boodschap die bestaat uit alleen de eerste coderende regio en een deel van de niet-coderende regio.

Zodra deze korte RNA-boodschap wordt vertaald in eiwit, eindigen de muizen met een kort fragment van het huntingtine-eiwit, dat de uitgebreide regio bevat: precies hetzelfde korte fragment dat verondersteld wordt schadelijk te zijn bij HD.

Het team keek naar monsters van menselijke Huntington-patiënten. De abnormaal korte RNA-boodschap en eiwit werden gevonden in sommige, maar niet alle patiënten. Dat kan komen doordat de productie van de kleine fragmenten varieert tussen verschillende lichaamsdelen of tussen patiënten.

Hoe veroorzaakt de uitbreiding in de RNA-kopie een verstoring van het splicing-proces? Het team van Bates toonde aan dat een eiwit dat normaal gesproken verantwoordelijk is voor het bewerken van RNA-boodschapmoleculen, eigenlijk blijft plakken aan uitgebreid huntingtine-RNA, maar niet aan normaal huntingtine-RNA. Het kan zijn dat dit ongepaste plakken interfereert met de juiste splicing, wat resulteert in de foutieve korte RNA-kopie van huntingtine.

Wat doen we met deze aanwijzing?

Deze studie helpt ons een nieuwe mogelijke manier te begrijpen waarop schadelijke fragmenten van het huntingtine-eiwit worden gegenereerd.

Onze hersenen en neuronen zijn complexe dingen, en dit nieuwe mechanisme is mogelijk niet de enige manier waarop schadelijke huntingtine-fragmenten ontstaan. Het traditionele ‘kliefmechanisme’ wordt niet uitgesloten door deze nieuwe bevinding, en in feite kunnen beide mechanismen tegelijkertijd plaatsvinden.

Bovendien zijn schadelijke fragmenten waarschijnlijk niet de enige manier waarop het uitgebreide huntingtine-eiwit schade aanricht.

Maar deze nieuwe informatie is een belangrijke toevoeging aan onze kennis over hoe uitgebreid huntingtine zich gedraagt in de hersenen. En hoe meer we weten, hoe beter we zijn toegerust om het probleem aan te pakken.

Een mogelijke implicatie van dit werk is voor zogenaamde ‘gen-silencing’ therapieën voor de ziekte van Huntington, die erop gericht zijn de productie van het huntingtine-eiwit te verminderen door aan de RNA-boodschapmoleculen te plakken en cellen te vertellen ze weg te gooien.

Tot nu toe werd gedacht dat al het huntingtine-RNA in de cel de volledige versie was. Onderzoekers zullen er rekening mee moeten houden dat een deel van het schadelijke huntingtine-eiwit afkomstig kan zijn van een kortere RNA-boodschap, die door sommige gen-silencing medicijnen gemist kan worden.

Gelukkig hebben we al gezien dat gen-silencing medicijnen werken in verschillende diermodellen van HD, dus het is duidelijk dat dit nieuwe onderzoek die aanpak niet ongeldig maakt. In feite geeft het ons, door ons begrip te verbeteren, nieuwe manieren om te begrijpen hoe het HD-gen de ziekte van Huntington veroorzaakt, en voegt het ‘abnormale splicing’ toe aan onze lijst van mogelijke doelen om het probleem op te lossen.

Meer informatie

• Artikel van het team van Bates in het tijdschrift PNAS (open access)