U bekijkt een oude versie van dit artikel. Ga naar de nieuwste versie van het artikel.

Ed WildGeschreven door Professor Ed Wild Bewerkt door Dr Jeff Carroll Vertaald door Hans van der Leer

Het uitvinden op wat voor manier het mutante- huntingtine-eiwit schade veroorzaakt is het centrale probleem bij onderzoek naar de ziekte van Huntington(ZvH). Nu heeft een Canadees researchteam, geleid door Dr. Ray Truant, laten zien dat het eiwit een belangrijke ‘scharnier’ functie heeft welke minder goed werkt in cellen met de ZvH-mutatie. Een opwindend gebeuren maar in tegenstelling tot wat je misschien reeds in de pers hebt gelezen, betekend dit echter niet, dat we geen muizen meer hoeven te bestuderen!

Huntingtine

Een groot voordeel voor de wetenschappers die de ZvH bestuderen is dat, in tegenstelling tot andere hersenziektes, wij exact weten wat de oorzaak is. Een mutatie in een enkel gen vertelt cellen om een schadelijk eiwit te produceren mutant huntingtine genoemd. Het is het mutante-huntingtine dat hersencellen en andere cellen aantast en de veroorzaker is van de ZvH symptomen.

De wetenschappers bouwden een moleculaire 'nabijheids-sensor' welke oplicht als twee helften dicht bij elkaar komen, zoals getoond in dit figuur uit het artikel. Links, het glutamine 'scharnier' brengt de blauwe en gele delen bij elkaar. Rechts, in het huntingtine eiwit met heel veel glutamines voorkomt het 'roestige scharnier' dat zij dicht genoeg bij elkaar komen.
De wetenschappers bouwden een moleculaire ‘nabijheids-sensor’ welke oplicht als twee helften dicht bij elkaar komen, zoals getoond in dit figuur uit het artikel. Links, het glutamine ‘scharnier’ brengt de blauwe en gele delen bij elkaar. Rechts, in het huntingtine eiwit met heel veel glutamines voorkomt het ‘roestige scharnier’ dat zij dicht genoeg bij elkaar komen.
Foto of beeldvorming: Caron et al, PNAS 2013

In de 20 jaar na de gen-ontdekking, hebben we veel uitgevonden van wat het normale huntingtine eiwit zoal doet, en wat er fout gaat wanneer zijn giftige tweeling, mutant huntingtine, wordt aangemaakt.

Huntingtine bestuderen is cruciaal voor onze inzet om behandelwijzen voor de ZvH te ontwikkelen, omdat het uitvinden van het hoe en waarom mutant-huntingtine schade toebrengt een belangrijke stap is in de richting van het voorkomen van dit onheil.

Te veel glutamines

Eiwitten zijn gemaakt van lange strengen bouwstenen, genaamd aminozuren, deze zijn met elkaar verbonden zoals een streng parels, en de exacte volgorde van de aminozuren bepaald de vorm en het gedrag van het eiwit.

Een kleine verandering in de volgorde van aminozuren kan grote gevolgen hebben voor de vorm, en dat kan dramatische veranderingen teweeg brengen in hoe het zijn werk doet in de cellen, of kan de cel zelfs giftig maken.

Mutant huntingtine is maar op een manier verschillend ten opzichte van het ‘normale’ eiwit: aan het begin van de streng, heeft het huntingtine eiwit een volgorde waar een bouwsteen, glutamine, verschillende malen wordt herhaald. Het gebruikelijke aantal van glutamines ligt tussen de tien en twintig.

De ZvH begint op een gegeven moment, als er teveel glutamines zijn.

Wat is het magische aantal?

Dus, hoeveel glutamines zijn er nodig voordat het huntingtine eiwit schade aan gaat richten? Merkwaardig genoeg is het antwoord: zeven-en-dertig
Onder dit aantal, zal het huntingtine-eiwit de ZvH niet veroorzaken voor zover bekend. Hoger dan 37, is de ZvH onvermijdelijk, zolang een persoon maar lang genoeg leeft.

Waarom ins hemelsnaam zouden de dingen veranderen bij 37 glutamines? We weten het niet!Maar het ontrafelen van dit mysterie is een top prioriteit voor ZvH-wetenschappers

Zelfs nog vreemder, terwijl de meeste mensen met de ZvH tussen de 40 en 60 glutamines hebben, dat dit aantal van extra glutamines dan nog geen ziekte in andere dieren veroorzaakt, zoals bijvoorbeeld de muizen. Dier modellen van de ZvH moeten meer dan 100 glutamines in hun huntingtine-eiwit hebben voordat we pas symptomen beginnen te zien.

Dit is een ander mysterie, en een welke suggereert dat huntingtine subtiele, maar erg belangrijke chemische processen veroorzaakt bij mensen, welke bij onze diermodellen niet waarneembaar zijn.

Hoe zit het met de CAG’s?

Waar komen deze extra glutamines dan vandaan, zou je je kunnen afvragen. Het antwoord ligt besloten in het ZvH gen, welke een recept is of een set van instructies geeft om het huntingtine-eiwit aan te maken. Net zoals het eiwit veel glutamines heeft aan het begin, heeft het gen een streng waarbij de chemische ‘letters’ C-A-G herhaald worden. Het aantal van deze herhalingen in het gen correspondeert met het aantal glutamine-bouwstenen in het eiwit. En als er teveel CAG’s in het gen zijn, zullen er ook teveel glutamines in het huntingtine-eiwit zitten.

Menselijke cellen konden gebruikt worden om medicijnen aan te tonen die kunnen helpen het ‘scharnier’ beter te laten werken, maar zulke medicijnen zullen eerst in dieren moeten worden getest, inclusief muizen

Dus wat is er nu eigenlijk nieuw?

Professor Ray Truant, zijn student Nick Caron en Truant’s team van de McMaster University in Canada hebben recentelijk een artikel gepubliceerd in het tijdschrift PNAS, waarin zij hun werk beschrijven en bestudeerden hoe het aantal glutamines het huntingtine eiwit beïnvloed. Voor de eerste keer vonden zij een potentiële belangrijke verandering welke plaats vindt rond het kritische 37-glutamine cijfer.

De strengen eiwitten aan weerszijden van al deze glutamines zijn stukjes genaamd de ‘upstream’ en ‘downstream’ regio’s. Voormalig onderzoek suggereerde al dat beiden een rol spelen in het geven van de schadelijke eigenschappen aan het mutante eiwit.

Wat Truant’s team deed was zich afvragen ofwel de upstream en downstream regio’s wel werkelijk zouden samenwerken, met het glutamine een beetje tussenin functionerend als een scharnier. Zij vroegen zich ook af of dit ‘scharnier’ misschien niet goed zou kunnen functioneren in het mutante eiwit.

Tijd voor een ‘Lord of the Rings’ analogie

Om dit te onderzoeken, hadden zij een manier nodig om uit te vogelen of de upstream - en downstream regio’s uiteindelijk dicht genoeg bij elkaar eindigden om samen te kunnen werken. Zij gebruikten een slimme soort van een ‘nabijheid sensor’ genaamd FLIM-FRET.

Ken je Frodo’s zwaard nog ‘Sting’ in de Lord of the Rings films, en hoe het blauw gloeit in het donker als de Orcs dichterbij komen? FLIM-FRET is er vergelijkbaar mee.

De wetenschappers plakten speciale lichtgevoelige hulpstukjes aan het huntingtine-eiwit, een aan de ‘upstream’ regio en een aan de ‘downstream’ regio’s. Deze doen niets totdat het eiwit zich gaat ‘vouwen’, de regio’s daarmee te samen brengend. Als dat gebeurd, ontstaat er licht tussen het ene ‘hulpstukje’ en het andere, straalt dat dan uit (zoals Frodo’s zwaard) en kan hierna opgemeten worden.

Het roestige scharnier van de ZvH

Truant’s Angel-achtige nabijheid sensor bewees dat de up- en downstream regio’s werkelijk zichzelf terug samenvouwen in cellen waarin de glutamine verlenging zich gedraagt als een scharnier. Wat ook nog eens betekend dat het minder sterk opgloeit als er 37 of meer glutamines in het huntingtine-eiwit aanwezig waren, dit suggereert dat problemen met het scharnier rond dit getal beginnen. Truant noemt dit de ‘roestige scharnier hypothese’ en geeft aan dat het een manier is waardoor het mutante eiwit de schade kan veroorzaken.

Truant’s team bevestigde deze bevindingen door het gebruik van eiwitten van verschillende lengtes en bewees de vergelijkbare abnormaliteit tenslotte ook nog eens door huidcellen af te nemen bij een ZvH-patiënt.

Het koppelen aan reeds bestaande kennis

Hoe past dit ‘roestige scharnier’ idee in het plaatje van wat we al weten over mutant huntingtine?

Goed, we weten nu dat een ander eiwit met de naam PACSIN kan plakken aan de huntingtine ‘downstream’ regio. Hier liet Truant’s team zien dat het ook aan de ‘upstream’ regio’s kan plakken, daarmee stellend dat het in staat zou kunnen zijn om de twee regio’s bij elkaar te kunnen houden over het glutamine scharnier heen - zoals een deur-sluitend-mechanisme (deurdranger).

Als het glutamine deel een scharnier is, kan PACSIN1 zich mogelijk gedragen als een deurdranger, welke de twee kanten naar elkaar toetrekt.
Als het glutamine deel een scharnier is, kan PACSIN1 zich mogelijk gedragen als een deurdranger, welke de twee kanten naar elkaar toetrekt.

Toen PACSIN kunstmatig werd verwijderd, gloeide de ‘nabijheids-sensor’ minder op, hierdoor werd gesuggereerd dat de upstream- en downstream regio’s uit elkaar gingen. Het veranderen van het gedrag van PACSIN zou dit scharnierprobleem kunnen overwinnen - een mogelijke nieuwe benadering ter overweging om te denken aan behandeling van de ZvH.

De andere verbinding met onze huidige kennis komt van de minuscule chemische veranderingen die cellen maken ten aanzien van eiwitten. Deze chemische ‘tags’ (labels) kunnen veranderen hoe eiwitten zich gedragen en waarin zij eindigen. Truant’s team heeft reeds eerder bewezen dat ‘fosfor’ labels belangrijk zijn om te bepalen waar het huntingtine eiwit naar toe gaat en hoe schadelijk het is.

In hun recentste werk, demonstreerden zij dat deze fosfor-labels ook een effect kunnen hebben op de activiteiten van het glutamine-scharnier. Deze manier van labelen bied verdere ondersteuning van het idee dat medicijnen die fosfor-labeling in staat zouden moeten stellen om sommige van de schadelijke effecten van het mutante- huntingtine eiwit een halt toe te roepen.

Wat dit onderzoek laat zien

Truant’s team heeft echt goed werk geleverd, het uitvinden van de ‘nabijheids-sensor’ (of heeft er een geleend van Frodo Baggins) en het gebruik ervan laat zien dat huntingtine’s cruciale glutamine regio - het deel dat te lang is bij de ZvH - functioneert als een scharnier, dat de upstream- en downstream regio’s toestaat om samen te werken.

Ondertussen overspant een ander eiwit, PACSIN, de veer van het scharnier en trekt hen tezamen. Ook hebben zij de scharnierfunctie in verband gebracht met de fosfor-labeling van huntingtine. Misschien ter overvloede, deze scharnier-eigenschap lijkt verkeerd te gaan bij ruwweg hetzelfde aantal glutamines welke de ziekte in menselijke patiënten veroorzaakt.

Niet alleen is dit nieuwe informatie over het huntingtine eiwit en hoe het zijn schade aanricht, maar geeft het ons ook nieuwe ideeën over mogelijke behandelwijzen - door het gedrag te veranderen van PACSIN1 of de machinerie welke fosfor-labeling controleert.

Wat het niet laat zien

Dit zou geen HDBuzz artikel zijn zonder een opmerking van voorzichtigheid. In dit geval, denken we dat het belangrijk is dat we sommige hoogtepunten aanstippen die de wetenschap ons nog niet verteld heeft - tegengesteld aan wat je misschien reeds online gelezen hebt.

‘CBC nieuws’ rapporteerde dat het werk “de noodzaak voor het gebruik van muizen trials zou omzeilen”, omdat Truant’s bevindingen in staat bleken om in menselijke cellen bevestigd te worden. Jammer genoeg, is dat niet waar. Menselijke cellen konden gebruikt worden om snel medicijnen te identificeren die het ‘scharnier’ kunnen helpen het beter te laten werken, maar zulke medicijnen zullen eerst in dieren moeten worden getest, inclusief de muizen. Om de ZvH te verslaan, zullen we alle hulp nodig hebben die we kunnen krijgen. Geen enkel dier op zichzelf is perfect genoeg om medicijnen te kunnen ontwerpen - maar er groeien ook geen menselijke cellen in een schaaltje, of zelfs menselijke patiënten alleen. Verschillende diermodellen dragen elk nuttige informatie bij om ons in staat te stellen vooruitgang te boeken.

Een ander ding wat dit werk ons nog niet geeft is een compleet begrip van hoe het scharnierprobleem het huntingtine eiwit schadelijk laat worden. Vaak wordt veel van de tijd in research gestoken en blijkt het feit weer dat achter elke gevonden deur een andere deur schuil gaat, welke weer meer tijd neemt om te openen. Truant’s team en anderen zullen nu werken aan het begrip van het grotere plaatje, van hoe het ZvH scharnier-probleem kan werken en de hersencellen beïnvloed en op welke manier het brein als geheel. En het omzetten van deze bevindingen naar behandelingen die patiënten zouden kunnen ondergaan, kost nog wel meer werk. Dus, gaan we gewoon verder!

Drie auteurs van de 'paper' beschreven in dit artikel zijn verbonden aan HDBuzz: Nick Caron is vertaler, Carly Desmond is een schrijver en Ray Truant is Wetenschappelijk Adviseur. Geen van hen had enige betrokkenheid in de beslissing om dit artikel te schrijven, of had enige invloed op de inhoud ervan. Voor meer informatie over het beleid rondom mogelijke belangenconflicten, zie FAQ…