DNA schade is een heet hangijzer in de ZvH en nieuw onderzoek biedt een intrigerende uitleg. Canadese onderzoekers hebben een mogelijke rol voor huntingtine ontdekt bij de reparatie van DNA. Ze speculeren dat het normale eiwit door de celkern wordt gerekruteerd om een ondersteunende steiger te bouwen voor de ploeg van DNA hersteleiwitten. Mutant huntingtine kan pendelen naar de werf maar kan het werk niet uitvoeren.

Huntingtine eiwit bepalen

Een abnormaal aantal CAG herhalingen is de genetische oorzaak van de ziekte van Huntington. Het grote mysterie is hoe deze verlenging van één enkel gen, de achteruitgang van specifieke hersenzones die stemming, beweging en redenering beheersen activeert. ZvH onderzoek legt meestal de nadruk op de mutatie, die resulteert in de dysfunctie van cellen en muizen. Deze aanpak blijft ons begrip van de ZvH bevorderen, maar even belangrijk is het begrijpen van de normale functie van huntingtine. Wat moet het precies doen en hoe wordt deze activiteit onderbroken in de ZvH?

Huntingtine is een groot, multifunctioneel eiwit, en we weten dat het essentieel is voor de ontwikkeling van de hersenen . Vorige onderzoek heeft huntingtine gedefinieerd als de bemiddelaar van transport en communicatie binnen zenuwcellen. Belangrijk is ook dat huntingtine in en uit de nucleus, het controlecentrum van de cel waar DNA wordt opgeslagen, kan migreren. We weten niet precies waarom huntingtine toegang tot de nucleus nodig heeft, maar een recente studie wijst in de richting van een kritische functie: het herstellen van beschadigd DNA.

Toezicht op het herstel van DNA schade

DNA wordt voortdurend gebruikt om cellulaire bouwstenen te maken en moleculaire boodschappen te wijzigen. Het verzorgt vaak schade die onmiddellijk herstel nodig heeft, tot een miljoen keer per dag, en er is een hele vloot van eiwitten die bij dit onderhoud betrokken zijn.

In 2015 hebben we gerapporteerd over een gen dat zich in de nucleus bevindt, DNA schade detecteert en reparatie eiwitten stuurt om het te herstellen. Dit gen dat op schade toeziet heet gemuteerd ataxia telangiectasia (ATM en de niveaus van dit gen waren verhoogd in ZvH muizen.

Hoewel ATM normaal andere eiwitten stuurt om DNA schade te herstellen, kan het ook eiwitten sturen die de cel doden als de schade te groot zou zijn. Met andere woorden, in ZvH muizen handelt het ATM als een overijverige bouwtoezichter, die de reparatieploeg overbelast en het sloopteam belde. Het halveren van de hoeveelheid ATM in ZvH muizen heeft hun gedrag verbeterd en hun hersencellen beschermd.

Terwijl het ATM toezicht hield op de chaotische renovatieplaatsen waar het DNA beschadigd was, was mutant huntingtine de celkern aan het binnendringen. Daardoor vroeg de Canadese onderzoeker Ray Truant van de McMaster University zich af of ATM het huntingtine-eiwit naar de nucleus haalde als onderdeel van de DNA reparatieploeg. Het vorige werk van het lab ondersteunt dit idee: als DNA in de cellen onder spanning komt te staan, verwerft huntingtine een soort tijdelijk label, post-translationele modificatie genaamd, waardoor het in de celkern binnen kan komen. Toen ze dit nader bekeken, bleek dat huntingtine en ATM op dezelfde plekken in de nucleus tevoorschijn kwam. Zou het kunnen dat huntingtine reageert op de oproep van ATM en de kern van de cel binnendringt om de DNA schade te herstellen?

De huntingtine hoofdlamp en de ATM ploegbaas

Het team van Truant, geleid door postdoctorale onderzoeker Tam Maiuri, gebruikte een innovatieve methode om hun hypothese te toetsen door gebruik te maken van moleculen genaamd “chromobodies”. Deze kunnen vastgemaakt worden aan specifieke eiwitten en fluorescerend licht uitstralen, waardoor de werkende eiwitten oplichten die onder een microscoop gevolgd kunnen worden. In dit geval leek het alsof er een kleine koplamp stond op elk huntingtine eiwit dat zich in de kern van de cel bevindt. Een nadeel is dat deze nieuwe techniek soms een beetje giftig kan zijn, maar het is een heel nieuwe manier om huntingtine te visualiseren in levende cellen.

De onderzoekers argumenteerden dat als huntingtine zelf deel uitmaakt van het DNA reparatieteam, het gloeiende eiwit, onder de leiding van ATM, zich zou verplaatsen naar die plaatsen waar het DNA beschadigd is. Om dit te testen, gebruikten ze een extreem nauwkeurige laserlichtbundel om elke nucleus te bestralen en zo een streep DNA schade te veroorzaken. Kort daarna zagen zij de aankomst van oplichtende huntingtine eiwitten in de beschadigde regio. ATM eiwitten verzamelden zich op dezelfde plaats. Wanneer een geneesmiddel werd gebruikt om het ATM tot stilzwijgen te brengen, navigeerden de huntingtine eiwitten niet naar de strook beschadigd DNA, wat suggereert dat ATM signalen geeft aan het huntingtine om zich bij de reparatieploeg te voegen. ATM is dus niet rechtstreeks verantwoordelijk voor het aanbrengen van dit label aan het huntingtine waardoor het toegang krijgt tot de nucleus, dus de rekrutering van huntingtine vindt waarschijnlijk plaats via een tussenpersoon. De exacte hiërarchische structuur wordt het onderwerp van toekomstige experimenten.

De herstelkwaliteiten van Huntingtine

“DNA schade was hardnekkiger in ZvH cellen dan in normale cellen wat suggereert dat mutant huntingtine minder efficiënt is als hersteller ”

DNA schade komt voor in veel variëteiten. Stel je de dubbele helix voor als een houten trap, die bezet wordt door een bende destructieve kinderen. Iets staat op vallen met potentieel gevaarlijke gevolgen. Nonchalant herstel van breuken in de DNA strengen in de cel kan leiden tot structurele vervormingen of onjuiste toevoegingen, en in extreme gevallen zelfs tot kanker of dood van de cel. Huntingtine arriveerde wel bij de ernstige en veelzijdige DNA schade, maar welk type van herstel ondersteunde het? De meeste eiwitten van het DNA reparatieteam hebben een specifieke kracht, en het team van Truant wilde de specialiteit van huntingtine bepalen.

Andere recente bevindingen van het Truant laboratorium suggereren dat huntingtine de nucleus zou binnengaan als reactie op stressoren die enkelvoudige DNA letsels veroorzaken. Deze letsels beïnvloeden slechts één letter van één enkel paar in de genetische code, wat misschien niet zo erg lijkt maar stel je voor dat er één scherpe nagel uit één trede van de houten trap steekt. Enkelvoudige schade wordt hersteld op specifieke locaties door een proces genaamd basis excisie reparatie of BER. Om aan te tonen dat huntingtine een rol kan spelen in dit proces, hebben onderzoekers cellen blootgesteld aan een chemische stof die enkelvoudig DNA letsel veroorzaakt. Het huntingtine migreerde niet alleen naar plaatsen waar BER plaatsvond, maar monteerde er een groep van bekende DNA reparatieproteïnen naast. Alleen eiwitten van het BER renovatieteam werden biochemisch bevestigd aan het huntingtine. Dit suggereert dat huntingtine kan fungeren als een soort opstapje voor andere BER eiwitten om op DNA plaatsen te geraken die werk nodig hebben. Nogmaals, huntingtine arriveerde alleen op deze reparatieplaatsen wanneer ATM actief was, wat impliceert dat het door het ATM werd gerekruteerd.

Mutant huntingtine gaat aan het werk en verknoeit de boel

Misschien was het verlagen van ATM-niveaus bij ZvH muizen gunstig, omdat deze onjuiste DNA reparaties en afbraak afzwakken. Maar als huntingtine zelf helpt om DNA letsels te herstellen, is er misschien een verschil tussen de manier waarop normaal versus mutant huntingtine naar de kern beweegt of deelneemt aan de herstelling. Maiuri redeneerde dat mutant huntingtine minder mobiel of minder efficiënt zou zijn. Om dit te toetsen werkte ze met normale en mutante huidcellen die door ZvH patiënten en hun partners werden gedoneerd.

Blijkbaar was niet de mobiliteit het probleem: mutant huntingtine gaat net zoals normale huntingtine naar plaatsen met DNA schade. De DNA schade was echter erger en meer persistent in ZvH cellen dan in normale cellen, wat suggereert dat mutant huntingtine minder efficiënt is in zijn reparatierol dan normaal huntingtine. We weten niet precies hoe, maar het is mogelijk dat mutant huntingtine voor een wankeler opstapje zorgt waardoor de afwerking van het herstel minder efficiënt kan gebeuren. Bovendien zou het kunnen dat het omvangrijke mutant huntingtine nog op een andere manier in de weg staat van andere belangrijke processen in de nucleus. Bovenop een langdurige vertraging in de bouw, komt er nu nog een gebrekkige structuur en extra verkeer. Of mutant huntingtine nu slecht werkt bij de herstelling van het DNA of een drama veroorzaakt rond de werkplek: het is een verlies-verlies situatie voor ATM om mutant huntingtine naar de celkern te ontbieden. Dit zou kunnen verklaren waarom een verlaging van ATM niveaus in ZvH muizen gunstig was.

Een stap verder: DNA beschadiging in ZvH bestuderen

In het algemeen wijzen de gegevens op een mogelijke rol voor normaal huntingtine bij DNA reparatie en waren de auteurs in staat om te speculeren over hoe de ZvH mutatie met deze functie zou kunnen interfereren. Meer experimenten zullen nodig zijn om het verband tussen ATM en huntingtine na te gaan en beter te begrijpen hoe ze communiceren over DNA reparatie in tijden van stress. Terwijl de chromobody-techniek een nieuwe en nuttige manier is om de beweging van huntingtine te observeren, informeert de overlapping van twee oplichtende eiwitten ons niet volledig over hoe en waarom ze zouden interageren. Huntingtine heeft veel functies en het zou kunnen dat zijn aanwezigheid in de nucleus samen met ATM- en DNA-reparatiegenen toevallig is, of beïnvloed wordt door de chromobody-techniek.

Niettemin is een direct verband tussen huntingtine en DNA beschadiging van eiwitten zoals ATM intrigerend. Hoe beter we de werking van normaal huntingtine begrijpen en de partners waarmee het samenwerkt, hoe eerder we de middelen kunnen ontwerpen die de mutante vorm van huntingtine kunnen blokkeren of veranderen. Bovendien zijn dit belangrijke bevindingen: bewijs uit het veld van de menselijke genetica suggereert dat DNA schade een rol kan spelen bij het vroege begin van de ZvH. Kortom, het herstel van DNA is een heet hangijzer in de ZvH met spannend en therapeutisch potentieel, en meer gedetailleerde experimenten zullen zeker volgen.

Deel