Een vroege rol voor het Huntington-gen – maar geloof niet alle krantenkoppen

Er komen nieuwe aanwijzingen naar voren over de normale rol van het gen dat de ziekte van Huntington veroorzaakt. Een recent rapport gebruikt geavanceerde technieken om deze vraag te bestuderen in cellen die in het lab groeien. We helpen de fascinerende nieuwe wetenschap te scheiden van enkele angstaanjagende krantenkoppen.

Coole wetenschap, jammer van de berichtgeving

Je hebt misschien onlangs enkele onheilspellende krantenkoppen gezien zoals “Eerste dominosteen van Huntington valt mogelijk al voor de geboorte” en zelfs suggesties dat huntingtine-verlagende medicijnen “mogelijk meer kwaad dan goed doen”. Deze verhalen werden aangewakkerd door de recente publicatie van een intrigerende studie van Ali Brivanlou en collega’s aan de Rockefeller University. Kortom: de wetenschap is interessant, maar het heeft eigenlijk geen implicaties voor huntingtine-verlagende medicijnen die worden getest bij HD-patiënten.

Een nieuw hulpmiddel voor het bestuderen van HD

Brivanlou is een ontwikkelingsbioloog – iemand die bestudeert hoe een enkele bevruchte eicel zich deelt en uiteindelijk uitgroeit tot een volledig gevormde volwassene. Ontwikkelingsbiologen bestuderen vaak de allereerste stadia van ontwikkeling door cellen te observeren die in het lab in een petrischaal groeien.

Meer recentelijk heeft het lab van Brivanlou studies uitgevoerd naar het gen dat HD veroorzaakt, en het eiwit dat cellen maken met behulp van de instructies in dat gen. Zijn lab heeft grote technische expertise in een paar technologieën die essentieel zijn voor het begrijpen van deze meest recente resultaten.

Ten eerste, net als veel labs over de hele wereld, gebruikt het team van Brivanlou een radicale nieuwe techniek genaamd genoom-editing met CRISPR/Cas9 om het DNA van cellen te modificeren.

Ten tweede behoort het lab van Brivanlou tot de beste ter wereld in het bestuderen van cellen uit vroege embryo’s terwijl ze cellen van een volwassen dier worden. Brivanlou staat zelfs bekend om het recent 13 dagen lang kweken van menselijke embryo’s in zijn lab, veel langer dan het vorige record van 9 dagen.

Heel vroeg in de menselijke ontwikkeling zijn alle cellen zeer vergelijkbaar. Wetenschappers noemen cellen zoals deze stamcellen. Naarmate de tijd verstrijkt, nemen stamcellen verschillende kenmerken aan – ze worden bijvoorbeeld huidcellen, spiercellen of hersencellen. Wat bijzonder is aan stamcellen is dat ze het vermogen hebben om elk van deze verschillende soorten volwassen cellen te worden, als ze worden blootgesteld aan de juiste omstandigheden.

De nieuwe studie van het Brivanlou-lab combineert deze technieken door het DNA te modificeren van zeer vroege, niet-gespecialiseerde menselijke cellen genaamd embryonale stamcellen (of ESC’s). Specifiek modificeerden ze het DNA van deze cellen om de mutatie na te bootsen die HD veroorzaakt.

Beginnend met cellen met normale HD-genen, gebruikte het team van Brivanlou genoom-editing om een paar verschillende bewerkingen te maken. Eerst breidden ze opzettelijk de CAG-sequentie in het normale HD-gen uit om het langer te maken, zoals het is bij mensen die voorbestemd zijn om HD te ontwikkelen. Vervolgens maakten ze nog een grote bewerking, waarbij ze het HD-gen volledig verwijderden.

Dit genereerde enkele zeer coole hulpmiddelen – stamcellen die genetisch identiek zijn, behalve dat sommige de HD-mutatie hebben, sommige een normaal HD-gen hebben, en sommige helemaal geen HD-gen hebben.

Dit is een zeer net systeem voor het bestuderen van de zeer vroege effecten van het normale huntingtine-eiwit en de gemuteerde versie die wordt geproduceerd door de HD-mutatie.

Wat heeft de studie ontdekt?

Met de nieuwe cellen die ze hadden gecreëerd, begon het team van Brivanlou de allereerste stadia van hersenontwikkeling te bestuderen. Dit gebeurt normaal gesproken diep in een embryo, maar onderzoekers kunnen het proces nabootsen door cellen in petrischalen in het lab te laten groeien, waar ze zich organiseren in structuren die enigszins lijken op de vroege ontwikkelende hersenen, genaamd neurale rozetten.

De rozetten vertoonden enkele interessante veranderingen wanneer het HD-gen was gemuteerd. De vormen die door de cellen werden gevormd, waren veranderd in cellen met de HD-mutatie. Interessant genoeg werden vergelijkbare vormveranderingen gezien in cellen die helemaal geen HD-gen hadden. Deze bevinding is interessant omdat het suggereert dat de dingen die misgaan in stamcellen wanneer het HD-gen is gemuteerd, vergelijkbaar kunnen zijn met wat er misgaat wanneer het gen helemaal ontbreekt.

Kijkend naar de individuele cellen in de petrischaal, ontdekte het lab van Brivanlou nog een interessant kenmerk. Ze ontdekten dat nieuwe baby-hersencellen genaamd neuronen zich niet allemaal normaal deelden wanneer ze de HD-mutatie hadden. Ongeveer 7% van de tijd ging het delingsproces dat twee nieuwe cellen van elkaar scheidt verkeerd, en de cellen eindigden verdubbeld.

Opnieuw werd een vergelijkbaar probleem waargenomen in cellen die het HD-gen helemaal misten: af en toe (ongeveer 5% van de tijd) slaagden deze cellen er ook niet in om volledig te delen.

Voor onderzoekers die proberen HD te begrijpen, is dit fascinerend – het lijkt erop dat in deze stamcellen in het lab, de manier waarop cellen zich gedragen wanneer ze de HD-mutatie hebben, vergelijkbaar is met hoe ze reageren als het HD-gen volledig weg is. Het lab van Brivanlou deed wat extra werk om beter te begrijpen welk stadium van celdeling precies niet correct verliep in cellen met HD-mutaties, of helemaal geen HD-gen.

Een rozet met een andere naam… is nog steeds geen hersenen

De hierboven beschreven bevindingen zijn de volledige set bevindingen van de studie. Al het werk werd gedaan in cellen die in een petrischaal in het lab groeiden, hetzij geïsoleerd, hetzij in een rozetstructuur.

De wetenschap zelf is cool en zeer goed uitgevoerd, en roept belangrijke vragen op over hoeveel van wat we zien bij de ziekte van Huntington zou kunnen afhangen van subtiele veranderingen die kunnen optreden in de HD-hersenen.

Maar je zult opmerken dat we je niet hebben verteld dat iets vergelijkbaars gebeurt in de hersenen van mensen die de HD-mutatie dragen, of zelfs diermodellen van HD zoals muizen of ratten. We hebben je dat niet verteld omdat het geen onderdeel is van deze studie – die vragen werden niet gesteld. Dus we weten niet eens of deze subtiele veranderingen plaatsvinden in echte hersenen, waar er veel mechanismen zijn om fouten in de ontwikkeling te corrigeren.

Ontwikkelen de hersenen zich normaal bij HD?

Dus, moeten we ons zorgen maken dat de hersenontwikkeling ernstig misgaat bij mensen die de HD-mutatie dragen? Wij denken van niet, gebaseerd op het beste bewijs dat we tot nu toe kennen. Dit bewijs komt eigenlijk van mensen met de HD-mutatie, niet van geïsoleerde cellen die in een petrischaal zijn gekweekt.

Ten eerste, en het belangrijkste, heeft niemand ooit significante veranderingen gevonden in de persoonlijkheid, intelligentie of stemming bij mensen die de HD-mutatie dragen en die ver verwijderd zijn van de voorspelde aanvang van de ziekte. Dit betekent dat als het waar is dat het dragen van de HD-mutatie leidt tot significante problemen wanneer de hersenen zich ontwikkelen, ze zo subtiel zijn dat ze onmogelijk te detecteren zijn met zelfs de meest gevoelige tests.

Ten tweede volgde de TRACK-HD-studie een groot aantal mensen met de HD-mutatie gedurende 3 jaar. Gedurende die tijd werden de deelnemers zeer intensief onderzocht, inclusief het maken van zeer gedetailleerde hersenkaarten. Een groep TRACK-HD-vrijwilligers droeg de HD-mutatie maar was vele jaren voor de verwachte aanvang van symptomen. Hun hersenscans vertellen ons hoe een hersenen eruitziet na ontwikkeling met een gemuteerd HD-gen.

Cruciaal is dat er bijna niets anders was aan de hersenen van die mensen, vergeleken met gezonde controles die de HD-mutatie niet hadden. Zeer gevoelige hersenbeeldvormingstests onthulden kleine veranderingen diep in de hersenen, maar niet in de regio’s waar Brivanlou afwijkingen vond in zijn stamcelmodellen.

Wat betreft symptomen, had deze groep ver voor de aanvang geen toename in apathie, geen toename in problematisch gedrag, geen veranderingen in prikkelbaarheid, geen verandering in lopen of bewegingen, geen veranderingen in emotionele herkenning, geen veranderingen in oogbewegingen of het vermogen om een gebogen spier vast te houden. Ze hadden ook geen veranderingen in totaal hersenvolume. Kortom, de hersenen van mensen 10 jaar voor de voorspelde aanvang van HD zien er en functioneren bijna volledig normaal. Bovendien zijn verdubbelde cellen zoals het team van Brivanlou rapporteerde nooit gezien in de gedoneerde hersenen van HD-patiënten.

Het is natuurlijk mogelijk dat er zeer subtiele veranderingen zijn in de hersenen van mensen die de HD-mutatie dragen die door deze tests worden gemist. Maar uitgebreide studies gedaan bij echte patiënten ondersteunen niet het idee dat de ontwikkeling van deze hersenen op een of andere manier ernstig verkeerd ging.

Moeten we opnieuw nadenken over hoe we HD moeten behandelen?

De meest dramatische interpretatie van dit nieuwe werk van het Brivanlou-lab is dat de HD-mutatie veranderingen in de hersenontwikkeling veroorzaakt die vele jaren later direct leiden tot HD-symptomen. Volgens een artikel gepubliceerd door futurity.org, lijkt Brivanlou deze interpretatie te verkiezen:

“We moeten onze aanpak voor de behandeling van Huntington heroverwegen. … tegen de tijd dat een patiënt symptomen vertoont, kan het te laat zijn om medicatie te geven. We moeten teruggaan naar de vroegste gebeurtenissen die de kettingreactie in gang zetten die uiteindelijk resulteert in de ziekte, zodat we nieuwe therapieën kunnen richten op de oorzaak, niet de gevolgen”

Echter – belangrijk – Dr. Brivanlou heeft sindsdien aan HDBuzz bevestigd dat hij verkeerd geciteerd werd in het Futurity-artikel en dat hij in feite helemaal niet met Futurity heeft gesproken. Zie de opmerking aan het einde van dit artikel.

Eng spul!

En toch, bedenk dat geen van deze effecten bewezen zijn in een intact brein. Zelfs als ze zouden voorkomen, heeft niemand bewezen dat ze enig verband hebben met de ontwikkeling van de ziekte. Er zou veel meer onderzoek nodig zijn voordat we kunnen begrijpen of dit slechts een bijzonderheid is van het modelsysteem, of dat het iets is dat daadwerkelijk de hersendelen aantast die HD veroorzaken.

Beter voorzichtig dan spijt?

Moeten we dan jaren wachten om erachter te komen of deze zorgen terecht zijn? Wij denken van niet, gebaseerd op een zeer groot aantal dierstudies naar huntingtine-verlaging.

Bij deze benaderingen worden medicijnen die de activiteit van het HD-gen verminderen aan volwassen dieren gegeven. Als HD een ziekte van veranderde ontwikkeling zou zijn, zouden deze behandelingen onmogelijk kunnen werken – het zou te laat zijn om de eerste domino tegen te houden.

Maar keer op keer, in experiment na experiment, hebben veel laboratoria ontdekt dat het verlagen van de activiteit van het HD-gen leidt tot verbeteringen in HD-achtige symptomen bij diermodellen. Deze studies zijn samengevat in verschillende overzichtsartikelen; lezers die er meer over willen weten kunnen deze vinden in de linkssectie hierboven. Dit is de volledige rechtvaardiging voor de lopende huntingtine-verlagende behandelingen bij HD.

Kortom, als HD een ziekte van veranderde hersenontwikkeling zou zijn, dan zou het behandelen van volwassen dieren geen effect hebben. Maar het heeft juist een enorm gunstig effect. Het idee dat veranderingen in de hersenontwikkeling de belangrijkste oorzaak zijn van HD op latere leeftijd is gewoon niet waar, tenminste niet in diermodellen.

Wat te denken van de suggestie die we in een paar tweedehands rapporten hebben gezien, dat Brivanlou’s werk zou kunnen betekenen dat huntingtine-verlaging gevaarlijk is – omdat in zijn stamcellen het volledig verwijderen van het HD-gen vergelijkbare effecten had als het hebben van een mutatie in het gen?

Nou, de huntingtine-verlagende experimenten bij HD-dieren weerleggen dat ook. Als huntingtine-verlaging gevaarlijk zou zijn op de manier die die rapporten suggereren, zouden de dieren slechter zijn geworden, niet beter. Bovendien zijn huntingtine-verlagende medicijnen ook getest op veel gezonde dieren, waaronder honden, varkens en apen – en er zijn geen nadelige effecten waargenomen. Reviews van deze studies zijn ook hierboven gelinkt.

Ten slotte, zoals in december werd gemeld, heeft een groep geweldige vrijwilligers ons onlangs laten zien dat behandeling met een huntingtine-verlagend medicijn, IONIS-HTTRx, veilig was over een periode van drie maanden. Diezelfde vrijwilligers beginnen ons nu te vertellen over de veiligheid over langere perioden, in een verlenging van de HTTRx-studie. En we verwachten zeer binnenkort de aankondiging van gedetailleerde resultaten van de eerste HTTRx-studie.

Onverwachte problemen kunnen zich voordoen – daarom zijn deze medicijnen nog in onderzoek. Er zijn een paar studies die het vermelden waard zijn die ons waakzaam moeten houden. Een daarvan, besproken in een eerder HDBuzz-artikel, suggereerde dat het volledig uitschakelen van huntingtine bij volwassen muizen neurologische en gedragsproblemen zou kunnen veroorzaken.

Een andere studie door de Frisen-groep ontdekte dat, in tegenstelling tot het oude gezegde dat we geen nieuwe hersencellen kunnen maken, nieuwe neuronen wel worden gevonden in het striatum (het hersengebied dat normaal wordt aangetast door HD). Bovendien zijn de nieuwkomer-neuronen afwezig in gevorderde stadia van HD. Dit suggereert dat het huntingtine-eiwit een rol zou kunnen spelen in zogenaamde volwassen neurogenese. Als dat zo is, kunnen we het risico niet uitsluiten dat het verwijderen van huntingtine dit proces kan beïnvloeden.

Kortom, we hebben redenen om voorzichtig te zijn, maar deze nieuwe studie is lang niet zo angstaanjagend als de krantenkoppen je zouden doen geloven. Zoals bij elk nieuw medicijn moeten we voorzichtig te werk gaan. De huntingtine-verlagende medicijnen die worden getest zijn dosisafhankelijk en omkeerbaar, en zouden, in tegenstelling tot studies die huntingtine volledig verwijderen, het eiwit nooit volledig elimineren. Het klinische onderzoeksprogramma is ontworpen om mogelijke problemen te detecteren en daar adequaat op te reageren.

Conclusie

Volgens HDBuzz is dit nieuwe werk van het Brivanlou-lab fascinerend, prachtig uitgevoerd onderzoek. Het laat zien dat er in geïsoleerde cellen in een kweekschaaltje overeenkomsten zijn tussen wat er gebeurt wanneer het HD-gen gemuteerd is, en wanneer het afwezig is. Dit roept echt belangrijke vragen op over wat het normale gen doet, en hoe HD interacteert met deze normale rol.

Maar we denken dat het onjuist is om deze gegevens te interpreteren alsof HD fundamenteel een ziekte van veranderde hersenontwikkeling is. Er is zeer weinig ondersteuning voor dat idee uit zorgvuldige studies van echte patiënten, en er zijn veel meer experimenten nodig voordat zo’n bewering kan worden gedaan. Bovendien is er geen basis om dit werk te gebruiken om te voorspellen of huntingtine-verlaging gunstig of gevaarlijk zou kunnen zijn – en tot nu toe wijst het onderzoek dat wel relevant is voor die vraag erop dat het veilig is.

Alle wetenschap gaat vooruit door onverklaarde feiten te vinden en het antwoord daarop uit te zoeken. Nieuwe ideeën zijn goed – maar we moeten niet in de verleiding komen om er meer in te lezen dan gerechtvaardigd is. In de woorden van Carl Sagan: “Het loont om een open geest te houden, maar niet zo open dat je hersenen eruit vallen.”

Update, 27 februari 2018. We hebben Dr. Brivanlou om commentaar gevraagd voordat we dit artikel publiceerden, maar hij was begrijpelijkerwijs druk. Hij heeft nu per e-mail een aantal belangrijke punten verduidelijkt. Hij zegt dat hij nooit met Futurity heeft gesproken en nooit iets heeft gezegd over de relevantie van zijn werk voor huntingtine-verlagende medicijnen. Hij heeft Futurity gevraagd een correctie uit te brengen. Dr. Brivanlou’s advies: “mijn standpunt is dat patiënten het advies van hun artsen moeten volgen. Wat ik doe is fundamenteel onderzoek.”

We hebben dit artikel aangepast om duidelijk te maken dat Dr. Brivanlou verkeerd is geciteerd door Futurity, en we danken hem voor zijn verduidelijking.

Meer informatie

• Originele studie door Ruzo, Brivanlou en collega’s (volledig artikel vereist betaling of abonnement)
• Review: Genonderdrukkingsstrategieën voor dominant overgeërfde neurodegeneratieve ziekten: lessen uit de ziekte van Huntington en spinocerebellaire ataxie (vrij toegankelijk)
• Review: Therapieën gericht op DNA en RNA bij de ziekte van Huntington (volledig artikel vereist betaling of abonnement)
• Review: Het kiezen van een diermodel voor de studie van de ziekte van Huntington (volledig artikel vereist betaling of abonnement)
• Neurogenese in het striatum van het volwassen menselijk brein (studie door de Frisen-groep) (vrij toegankelijk)