Eerst Dolly, nu Piglet; een nieuw knock-in varkensmodel voor de ziekte van Huntington bevestigd
Voor het eerst in HD-onderzoek is er een diermodel gecreëerd in varkens met behulp van 2 geavanceerde DNA-bewerkingstechnieken
Spannend nieuws voor het HD-onderzoeksveld deze maand, omdat er een nieuw genetisch getrouw model is gecreëerd in varkens. Met een combinatie van geavanceerde DNA-bewerkingstools konden onderzoekers HD-varkens genereren die niet alleen de selectieve hersenceldood van HD repliceerden, maar ook een breed scala aan symptomen die bij HD worden waargenomen.
Diermodellen
Neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Huntington (HD) zijn bijzonder lastig te bestuderen voor onderzoekers, omdat in tegenstelling tot bijvoorbeeld lever- of nierziekten, het beschadigde orgaan (de hersenen) niet zomaar beschikbaar is om monsters van te nemen. Daarom moeten we het doen met het op één na beste alternatief: diermodellen die de schade en symptomen nabootsen die we bij menselijke patiënten zien.
Het merendeel van de informatie die we tot nu toe over HD hebben, is verzameld uit zulke modellen, vooral uit studies met muizen. Het is veilig om te zeggen dat zonder deze geweldige hulpmiddelen, HD-onderzoek tientallen jaren zou achterlopen op waar we nu zijn! Dat gezegd hebbende, een muis is een muis… geen mens; we hebben verschillen in hersenstructuur, grootte, levensduur en de lijst gaat maar door. Daarom is niet alles wat in HD-muismodellen is ontdekt, ook gevonden bij mensen.
En nu, varkens
Wat we echt nodig hebben is een middenweg, een groter dier dat meer overeenkomsten heeft met mensen, een tussenstap of varken-in-het-midden (bekend als Keep Away aan de andere kant van de oceaan) als je wilt. Gelukkig is dit letterlijk wat we nu hebben dankzij de gezamenlijke inspanningen van een Amerikaans-Chinees team.
Onderzoekers van Emory University en het Guangdong-Hongkong-Macau Institute of CNS Regeneration van de Jinan University hebben een genetisch model van HD in varkens gegenereerd met behulp van twee zeer coole technieken die vertrouwen op genoom-editing. Dit is een handige procedure waarbij wetenschappers het DNA van een cel kunnen bewerken, soms om de fouten te corrigeren die de natuur heeft gemaakt – denk aan wanneer je een paper inlevert, je maakt meestal eerst een klad, toch? In dit geval is de natuur de eerste versie en zijn wetenschappers de proeflezers. De technieken die in deze specifieke studie zijn gebruikt, zijn CRISPR/Cas9 (zie https://en.hdbuzz.net/244) en somatische kerntransfer – de laatste is dezelfde techniek die in 1996 werd gebruikt om Dolly het schaap te klonen.
Hoe werkt dit precies? Is het behoorlijk technisch en moeilijk om te doen? In wezen ja, maar het is supercoole wetenschap en zoals deze studie laat zien, is het uitvoerbaar!
“Alsof dat nog niet cool genoeg was, was het werkelijk opwindende resultaat van dit nieuwe werk dat de varkens zelf zeer dramatische symptomen hadden, die veel meer leken op wat bij menselijke HD-patiënten wordt gezien dan bij knaagdieren.”
Simpel gezegd kunnen we de varkensversie van het HTT-gen nemen, er een deel uitknippen en het direct vervangen door de menselijke versie die HD veroorzaakt – dit is het ‘proeflezen’ gedeelte. De auteurs deden dit in varkenshuidcellen, maar namen vervolgens (en dit is het echt coole deel) de kern van de cel, die al het DNA bevat, en plaatsten deze kern in wat een varkensembryo zou worden. Met behulp van een draagmoedervarken fokten ze verschillende generaties en ontdekten ze dat de verandering met succes werd doorgegeven van ouder op kind, op dezelfde manier als HD bij mensen wordt doorgegeven. Voor degenen die het niet weten, een groep biggetjes wordt een drift genoemd, en dat is precies wat deze onderzoekers hadden; een drift biggetjes, waarvan sommige HD hadden.
Voordelen van het varkensmodel
Alsof dat nog niet cool genoeg was, was het werkelijk opwindende resultaat van dit nieuwe werk dat de varkens zelf zeer dramatische symptomen hadden, die veel meer leken op wat bij menselijke HD-patiënten wordt gezien dan bij knaagdieren. De bewegingsafwijkingen, of chorea, die patiënten ervaren, werden gerepliceerd toen de varkens met de leeftijd loop- en renmoeilijkheden ontwikkelden. Video’s van de varkens laten zeer duidelijke bewegingsafwijkingen zien die echt lijken op die van een menselijke HD-patiënt. Verrassend genoeg heeft geen enkel knaagdiermodel van HD dit type bewegingsproblemen, wat een groot probleem is geweest bij het testen van nieuwe therapieën in muismodellen van HD.
Wat betreft hersenveranderingen hadden de HD-varkens opmerkelijk genoeg veel van dezelfde schade als HD-patiënten. Je hebt misschien wel eens gehoord over medium spiny neurons in de context van HD (geen woordspelingen hier, ze zijn echt stekelig). Deze neuronen zijn de eerste slachtoffers in de hersenen van HD-patiënten en sterven zeer snel in het verloop van de ziekte, wat waarschijnlijk de bewegingsproblemen verklaart die vroeg in HD optreden.
Onderzoekers zijn behoorlijk verbaasd geweest over waarom dit selectieve verlies van cellen gebeurt, en ondanks tientallen jaren onderzoek weten we nog steeds niet echt waarom de stekelige zo gevoelig zijn! We zijn nu echter misschien niet ver verwijderd van een doorbraak, aangezien de onderzoekers bij deze varkens zowel selectief verlies van stekelige neuronen als vele andere neurologische kenmerken van menselijke HD vonden.
Vergelijkbaar met wat elders in het lichaam gebeurt, krijg je bij een hersenbeschadiging een immuunrespons. In de hersenen worden gespecialiseerde cellen ‘aangezet’ wanneer er schade optreedt in een proces dat gliose wordt genoemd. Deze immuunrespons wordt gevonden in de hersenen van menselijke HD-patiënten; eerdere diermodellen hebben echter meestal moeite gehad om dit kenmerk van de ziekte te repliceren. Hier triomfeert het knock-in varkensmodel opnieuw, waarbij de onderzoekers duidelijk bewijs vonden van gliose bij zieke varkens – deze studie heeft echt resultaat opgeleverd!
Wat je misschien niet weet over HD is dat de meerderheid van de patiënten niet overlijdt aan de hersenschade zelf, maar aan de gevolgen ervan. Als je erover nadenkt, controleert de hersenen al onze bewuste beslissingen, evenals alles wat we doen zonder erover na te denken, zoals ademhalen.
Wanneer we een groot deel van de hersenen verliezen, lijdt alles in ons lichaam daaronder, en het zijn eigenlijk ademhalingsmoeilijkheden en longontsteking die zoveel HD-patiënten het leven kosten. Cruciaal is dat dit nog nooit eerder is aangetoond in een HD-diermodel, maar de knock-in varkens in deze studie ontwikkelden exact dezelfde ademhalingsmoeilijkheden die patiënten ervaren, wat behoorlijk baanbrekend is.
Al deze dingen samen maakten het een zeer opwindende leeservaring als HD-onderzoeker, omdat we eindelijk een model lijken te hebben dat de reis van een HD-hersenen en -lichaam van begin tot eind repliceert. Het enthousiasme stopt daar echter niet; vanwege de fysieke grootte van varkens zullen we potentiële behandelingen en gespecialiseerde medicijntoedieningsroutes kunnen testen die voorheen onmogelijk waren.
Bijvoorbeeld de potentiële behandeling die momenteel in het nieuws is, ASO-gemedieerde HTT-verlaging. Dit moet worden toegediend via een lumbale punctie, dat wil zeggen injectie direct in de ruggengraat. Ik daag degenen onder jullie met de meest vaste hand uit om dat bij een muis te proberen… dat gaat niet lukken – bij een varken is het echter veel haalbaarder.
“Al deze dingen samen maakten het een zeer opwindende leeservaring als HD-onderzoeker, omdat we eindelijk een model lijken te hebben dat de reis van een HD-hersenen en -lichaam van begin tot eind repliceert.”
Wat betekent dat voor ons?
Dat gezegd hebbende, niets in het leven is perfect en deze studie is geen uitzondering. Met toegenomen diergrootte komen toegenomen kosten voor huisvesting en voeding, plus het duurt langer voordat de dieren zich ontwikkelen en volwassen worden, wat echt kan belemmeren hoe snel nieuwe ontdekkingen worden gedaan. Dit heeft ongetwijfeld bijgedragen aan het aantal dieren dat in de hier besproken experimenten werd gebruikt, wat aan de lage kant was. De auteurs gaven dit echter toe en erkenden dat meer rigoureuze tests nodig zouden zijn en in de pijplijn zaten.
Problemen daargelaten, dit nieuwe model is behoorlijk ongelooflijk en zou vele deuren moeten openen voor toekomstig HD-onderzoek en therapeutische ondernemingen, dus namens HD-onderzoekers wereldwijd: ‘dat was prima, varken, dat was prima’.
Meer informatie
Voor meer informatie over ons openbaarmakingsbeleid, zie onze FAQ…
