Geschreven door Mr. Shawn Minnig Bewerkt door Dr Jeff Carroll Vertaald door Melvin Evers

De afgelopen dagen is er een hoop nieuws binnengekomen over het gebruik van iets dat genoombewerking wordt genoemd als mogelijke therapie voor genetische ziekten zoals de ziekte van Huntington. Deze benaderingen, waaronder exotisch klinkende tools zoals zinkvingernucleasen en CRISPR / Cas9, verschillen van meer traditionele manieren om de impact van de ZvH-mutatie op cellen te verminderen. Wat is nieuw in dit spannende onderzoeksgebied?

Opfriscursus over huntingtineverlaging

Er is recent veel opwinding geweest rond de vooruitgang van een nieuwe huntingtineverlagende behandeling, soms genuitschakeling genoemd, voor de ZvH. De eerste van deze geneesmiddelen die menselijke klinische proeven bij de ZvH bereiken, genaamd antisense oligonucleotides (ASO’s), vermindert de hoeveelheid schadelijk mutant huntingtine-eiwit dat door een cel wordt aangemaakt en beperkt uiteindelijk de schade die het kan veroorzaken.

Je DNA is als een blauwdruk met de instructies voor het bouwen van jouw lichaam, mRNA is de kopie van het blauwdruk die aan de werkers wordt gegeven om efficiënt te bouwen
Je DNA is als een blauwdruk met de instructies voor het bouwen van jouw lichaam, mRNA is de kopie van het blauwdruk die aan de werkers wordt gegeven om efficiënt te bouwen

Degenen onder ons die het hebben gevolgd weten dat de eerste test ter beoordeling van de veiligheid van ASO’s bij menselijke ZvH-patiënten momenteel aan de gang is (http://nl.hdbuzz.net/204). Maar sommige lezers zullen zich misschien ook herinneren dat ASO’s niet de enige zijn als het gaat om innovatieve manieren om het schadelijke huntingtine-eiwit te verminderen.

In feite hebben twee andere nieuwe therapeutische technieken die bekend staan als zinkvingernucleasen en CRISPR recentelijk enige opwinding veroorzaakt. Hoewel we beide benaderingen eerder hebben behandeld (http://nl.hdbuzz.net/023), zal een snel overzicht van hoe ze werken en de verschillen daartussen nuttig zijn bij het begrijpen van enkele nieuwe bevindingen.

Je herinnert je waarschijnlijk uit je vroegere biologielessen dat je DNA een gedetailleerde set instructies bevat voor het bouwen van je lichaam. Elke cel in je lichaam lijkt veel op een bouwplaats, en je DNA is de blauwdruk met instructies voor het omzetten van de meest elementaire bouwstenen (aminozuren genoemd) in functionerende eiwitten die bijdragen aan al je unieke functies en ervoor zorgen dat dingen in je lichaam soepel blijven verlopen.

We noemen de DNA-instructies voor het bouwen van specifieke eiwitten genen, en we hebben elk twee kopieën van het gen voor het maken van een belangrijk eiwit dat huntingtine wordt genoemd. De symptomen die verband houden met de ZvH treden op omdat een van deze sets van genetische instructies een fout heeft ontwikkeld waardoor het huntingtine-eiwit onjuist wordt opgebouwd. Bij de overgrote meerderheid van de ZvH-patiënten leidt dit tot twee soorten huntingtine-eiwit - een mutant huntingtine-eiwit dat niet meer correct functioneert, en een gezond huntingtine-eiwit dat wel goed functioneert.

Laten we gaan bouwen…

In elke cel van je lichaam wordt je DNA opgeslagen en diep beschermd op een locatie die de kern wordt genoemd, net als de blauwdruk voor een gebouw dat door de bouwmanager in haar kantoor is opgesloten om te voorkomen dat het wordt beschadigd.

Op een echte bouwplaats zou het erg langzaam en inefficiënt zijn als elke werknemer naar het kantoor van de bouwmanager zou moeten gaan om dezelfde set instructies te ontvangen om te kunnen beginnen met bouwen. Hetzelfde geldt voor onze cellen.

Om dit probleem te voorkomen, wordt een werkkopie van de instructies gemaakt die wordt gebruikt als sjabloon voor het bouwen van eiwitten. Deze werkkopie wordt boodschapper-RNA of mRNA genoemd en wordt uit het oorspronkelijke DNA gekopieerd en naar de cel gestuurd waar het wordt gebruikt om veel kopieën van dezelfde eiwitten te maken op een grotere schaal.

Als ons DNA lijkt op de originele blauwdruk, lijkt mRNA veel op de afzonderlijke kopieën van de blauwdruk die door de bouwmanager aan hun bemanning worden geleverd, zodat ze efficiënt kunnen beginnen met bouwen. Dit lijkt misschien verwarrend, maar voor ons doel hoef je alleen de drie stappen te kennen die nodig zijn om een eiwit op te bouwen: DNA -> mRNA -> eiwit.

ASO’s, zinkvingers en CRISPR: hetzelfde doel, verschillende middelen

Het is belangrijk om een onderscheid te maken tussen het ZvH-gen in het DNA en in het mRNA, omdat ze anders worden behandeld door snel ontwikkelende huntingtineverlagende therapieën. Deze omvatten een zee van verschillende technieken zoals ASO’s, zinkvingers, en een nieuwe aanpak genaamd CRISPR / Cas9. In essentie hebben al deze therapeutische technieken hetzelfde doel voor ogen - het verminderen van de hoeveelheid schadelijk mutant huntingtine-eiwit dat in een cel wordt geproduceerd - maar ze bereiken dit doel op heel verschillende manieren.

Van de drie opties bestaan ASO’s het langst, wat je misschien niet verbaast, omdat ze als eerste bij menselijke ZvH-patiënten werden getest. ASO’s werken door cellen te vertellen te schieten op de verzender van de boodschappen, in dit geval het mRNA-tussenproduct dat de instructies van het DNA draagt om een eiwit te maken. In een behandelde cel houden ASO-medicijnen letterlijk vast aan het mRNA dat de instructies geeft voor het maken van het schadelijke mutante huntingtine-eiwit. Ze overtuigen de cel om het mRNA in stukken te hakken zodat het eiwit niet langer kan worden geproduceerd.

Veel wetenschappers en mensen in de ZvH-gemeenschap zijn erg enthousiast over de vooruitgang van deze ASO-therapie als behandelingsoptie voor de ZvH. Maar het feit blijft dat ze zich niet richt op de ultieme oorzaak van de ZvH (het defecte ZvH-gen gecodeerd in het DNA van een persoon) en blijft er één stap van verwijderd door zich op het mRNA te richten. Omdat het mutante gen nog steeds in het DNA aanwezig is, blijft het mutant mRNA een eiwit produceren in cellen die met ASO’s zijn behandeld. Dit betekent, voor zover we het vandaag begrijpen, dat behandeling met ASO’s gedurende het hele leven moet worden voortgezet.

In tegenstelling tot het verlagen van huntingtine met ASO’s, zijn nieuwere technieken; zinkvingernucleasen en CRISPR / Cas9 beiden een vorm van technieken voor genoombewerking. Met deze verbazingwekkende nieuwe tools kunnen wetenschappers zich richten op de ultieme oorzaak van het probleem in de ZvH, het mutante DNA zelf. Met deze tools kunnen wetenschappers zich precies richten op een specifieke locatie in het DNA (zoals de instructies voor het maken van het huntingtine-eiwit) en vervolgens een aantal nuttige handelingen uitvoeren.

Ze kunnen bijvoorbeeld dienen als een soort stopteken voor de cel. Wanneer de machines die normaal DNA lezen bij het mutante ZvH-gen aankomen, kunnen ze door correct ontworpen hulpmiddelen voor genoombewerking worden uitgeschakeld - en wordt ze verteld dat ze hun werk niet bij dat precieze gen moeten doen. Dit heeft tot gevolg dat er nooit een mutant huntingtine-mRNA of eiwit wordt gemaakt. Merk op dat dit anders is dan hoe ASO’s werken, namelijk door mRNA te verlagen dat al is gemaakt.

Een belangrijk nieuw genoombewerkingsprogramma genaamd CRISPR / Cas9 heeft de afgelopen tijd veel mensen erg enthousiast gemaakt. Met deze hulpmiddelen, geleend van bepaalde bacteriesoorten die ze gebruiken als een soort immuunsysteem, kunnen cellen vreemde DNA-sequenties in hun eigen DNA invoegen. Echt slimme mensen hebben die hulpmiddelen van bacteriën opnieuw ontworpen om wetenschappers in staat te stellen precieze DNA-sneden in specifieke sequenties te maken.

In theorie en in het laboratorium kunnen CRISPR-technieken worden gebruikt om specifieke DNA-sequenties weg te knippen, zodat de cel een gen niet langer kan lezen. Ze kunnen ook worden gebruikt om cellen te sturen die specifieke wijzigingen aanbrengen in DNA-sequenties - zelfs, in theorie, het herstellen van mutaties zoals deze die de ZvH veroorzaken. Het behandelen van de oorzaak van de ZvH (het ZvH-gen) zou ervoor zorgen dat zowel het mutante huntingtine-mRNA als het mutante huntingtine-eiwit niet langer worden gemaakt en geen schade meer kunnen veroorzaken.

Veiligheid eerst!

Je vraagt je vast af waarom we deze nieuwe hulpmiddelen niet al testen. Dit komt omdat er veel dingen moeten gebeuren in de geneesmiddelenontwikkeling om ervoor te zorgen dat het eindproduct zowel veilig als effectief is voordat het kan worden getest bij ZvH-patiënten.

Ten eerste moeten wetenschappers manieren bedenken om deze medicijnen in de hersenen te krijgen waar het gemuteerde huntingtine-eiwit de meeste schade aanricht. Dit is moeilijk want onze hersenen zijn vooral goed in het buiten houden van dingen die schadelijk kunnen zijn, en ze laten deze medicijnen niet zomaar toe. Als we zouden proberen ze in een pil te stoppen of in ons bloed te injecteren, zouden onze lichamen ze afbreken en nutteloos maken lang voordat ze de hersenen bereiken.

In de kern hebben al deze therapeutische technieken hetzelfde doel voor ogen - het verminderen van de hoeveelheid schadelijk mutant huntingtine-eiwit dat in een cel wordt geproduceerd - maar ze bereiken dit doel op heel verschillende manieren.

Omdat ASO’s al een tijdje bestaan, hebben wetenschappers wat extra tijd gehad om dit probleem aan te pakken, hoewel hun oplossing nog lang niet perfect is. De ASO’s die in de menselijke ZvH-studie worden gebruikt, moeten worden geïnjecteerd in de vloeistof die rond de hersenen en het ruggenmerg zit , het hersenvocht. We hebben alle reden om te geloven dat dit zal werken, maar het is duidelijk ingewikkelder dan alleen een pil slikken.

Genoombewerkingstools zoals CRISPR en zinkvingers zijn nog ingewikkelder om in de hersenen te krijgen dan ASO’s. Dit komt omdat ze in feite zelf eiwitten zijn en die zijn moeilijk intact in de cellen in te brengen.

Om dit probleem te omzeilen gebruiken onderzoekers onschadelijke virussen om de DNA-instructies die voor het maken van deze eiwitten in hersencellen gebruikt worden, te kapen. Cellen worden daardoor misleid om dezelfde machines die ze gebruiken om hun normale eiwitten te bouwen, nu te gebruiken om de hulpmiddelen voor genoombewerking te bouwen, waardoor cellen in wezen fabrieken voor hun eigen medicijnen worden!

Wat is er nieuw aan zinkvingers in de ZvH?

Omdat ze uitdagingen niet uit de weg gaan, zijn veel onderzoeksteams hard aan het werk geweest om de eerder genoemde problemen aan te pakken om vooruitgang te boeken bij de toepassing van deze nieuwe technieken op de ZvH. Eerder rapporteerde HDBuzz dat een groep onderzoekers uit Spanje een nieuw zinkvingergeneesmiddel had getest dat enkele gunstige effecten toonde in een muismodel van de ZvH in een kortlopend onderzoek (http://nl.hdbuzz.net/103).

Onlangs heeft hetzelfde onderzoeksteam - onder leiding van Mark Isalan, die nu werkt bij het Imperial College in Londen, Verenigd Koninkrijk - een verbeterde versie van hun medicijn ontworpen en getest om te zien of ze de effecten ervan voor een langere periode konden verbeteren en de schadelijke immuunrespons in de hersenen die geassocieerd wordt met afgifte van het medicijn te verminderen met behulp van AAV’s.

Na wat intens biochemisch knutselen konden Isalan en collega’s aantonen dat hun nieuwe en verbeterde kandidaat voor zinkvingers effectiever was in het verminderen van het schadelijke mutante huntingtine-eiwit dan hun vorige versie. Ook is de nieuwe versie duurzamer en enkel gericht op het ZvH-gen, en het vertoonde een veel beter veiligheidsprofiel dan hun vorige versie.

Dit zijn inderdaad zeer opwindende bevindingen en positieve stappen voorwaarts om van zinkvingertherapie een haalbare optie te maken voor de behandeling van mensen met de ZvH! Dit langzame, geduldige werk met zinkvingers is vergelijkbaar met wat er is gebeurd met ASO-medicijnen, die al vele jaren voorsprong hebben op genoombewerkingshulpmiddelen.

Hoe zit het met CRISPR?

Ondanks dat het wordt beschouwd als de meest precieze manier om genoombewerking uit te voeren, is CRISPR-technologie nog steeds vrij nieuw en hebben wetenschappers veel minder tijd gehad om de obstakels weg te werken in vergelijking met de andere technieken.

Een team van onderzoekers heeft onder leiding van Jong-Min Lee in het Massachusetts General Hospital onlangs een CRISPR-constructie ontwikkeld dat de mutante, maar niet het wild-type, kopie van het ZvH-gen in cellen in een schaaltje kan onderscheiden. Gebruikmakend van het zeer specifieke richtvermogen van CRISPR, waren ze in staat behandelde cellen te instrueren om het mutante ZvH-gen weg te snijden, terwijl de gezonde kopie intact bleef.

Natuurlijk is het één ding om aan te tonen dat een medicijn effectief is op cellen in een schaal, maar het is iets anders om aan te tonen dat het effectief kan zijn wanneer het wordt getest in een levend organisme. Dit geldt met name voor technieken als CRISPR - voor zover we vandaag de dag weten hebben we een virus nodig om de instructies naar elk van onze 100 miljard hersencellen te brengen om elk van hen te redden van de effecten van het mutante ZvH-gen.

Een ander risico is dat CRISPR en andere hulpmiddelen voor genoombewerking het DNA permanent wijzigen. Dit is anders dan medicijnen zoals ASO’s die uiteindelijk uit de hersenen worden verwijderd, wat betekent dat hun effecten na verloop van tijd uitgewerkt zijn als ze niet opnieuw worden toegediend.

In eerste instantie lijkt dit idee fantastisch! Als we met slechts één behandeling de ZvH zouden kunnen genezen, zouden we het zeker heel graag willen doen. We zijn echter nog steeds onzeker over de langetermijneffecten van het permanent verwijderen van het ZvH-gen en het verminderen van de hoeveelheid huntingtine-eiwit dat wordt aangemaakt, ongeacht of het mutant is of niet. De mogelijkheid bestaat dat het permanent verwijderen van het ZvH-gen kan leiden tot een aantal andere ernstige gezondheidsproblemen, en we zullen een aanzienlijke tijd moeten besteden aan het bestuderen van de effecten ervan voordat we weten of het veilig zal zijn.

Wat volgt?

Er is nog veel werk te doen voordat genoombewerkingstechnieken zoals zinkvingers en CRISPR-behandelingen levensvatbare opties worden voor de ZvH, maar het hier gepresenteerde onderzoek laat zien dat we een aantal belangrijke stappen hebben gezet om deze prestatie te bereiken.

Hoewel het recente werk aantoont dat zinkvingertherapie effectief is in een muismodel van de ZvH - waarvan de hersenen kleiner zijn dan een cent - zal het veel moeilijker zijn om aan te tonen dat het effectief kan zijn bij mensen, waarvan de hersenen veel groter en complexer zijn, en vele andere uitdagingen hebben om te overwinnen. CRISPR-therapie zal waarschijnlijk nog meer tijd kosten, omdat we nu pas zover zijn dat we plannen kunnen maken om de effectiviteit ervan te testen in muismodellen van de ZvH.

Dit is echter geen reden om ontmoedigd te raken, en in feite denken we dat precies het tegenovergestelde waar is! Het meest spannende deel van het huidige onderzoek is dat het laat zien dat we meerdere pijlen in onze koker hebben terwijl we proberen de huntingtineverlagende behandeling voor de ZvH te ontwikkelen. Zelfs als blijkt dat een optie niet werkt zoals we hadden gehoopt, boeken we gestaag vooruitgang bij het ontwikkelen van nieuwe therapieën die mogelijk ook effectieve behandelingen voor de ZvH bieden.

Dit idee is er een dat door velen snel is opgepikt - onlangs hebben twee farmaceutische bedrijven, Sangamo Biosciences en Shire Pharmaceuticals, hun krachten gebundeld om hun inspanningen te versnellen bij het ontwikkelen van zinkvingerbehandeling als therapeutische optie voor de ZvH. Hoewel het een tijdje duurt om de obstakels weg te werken, stellen we ons voor dat het slechts een kwestie van tijd zal zijn voordat hetzelfde geldt voor CRISPR. Persoonlijk denken we dat de vooruitgang die tot nu toe is geboekt ons veel redenen geeft om enthousiast over te zijn!