Jeff CarrollGeschreven door Dr Jeff Carroll Bewerkt door Dr Ed Wild Vertaald door Vik Hendrickx

Meerdere nieuwe studies hebben vastgesteld wat misschien wel het belangrijkste nieuwe feit is met betrekking tot de genetica van de ZvH sinds de ontdekking van het gen in 1993. Ten minste twee onderzoeksgroepen over de hele wereld rapporteren gelijktijdig dat een kleine genetische eigenaardigheid in het ZvH-gen een grote impact heeft op de ZvH symptomen.

Wat is CAG en waarom is het van belang?

De ZvH wordt veroorzaakt door één enkele mutatie in één enkel gen. Vanwege de relatie met de ZvH verwijzen we er meestal naar als het ZvH-gen, hoewel wetenschappers het formeel HTT noemen. Iedereen heeft twee exemplaren van het ZvH-gen geërfd, eentje van vader, het ander van moeder.

Drie 'letters' in het DNA zoals CAG of CAA instrueren de cel om één aminozuurbouwblok zoals glutamine toe te voegen aan het eiwit in wording.
Drie ‘letters’ in het DNA zoals CAG of CAA instrueren de cel om één aminozuurbouwblok zoals glutamine toe te voegen aan het eiwit in wording.

Elk gen is een recept, een instructieset voor het maken van een eiwit. Onze genen zijn geschreven in DNA-taal die bestaat uit vier chemische letters die wetenschappers afkorten als A, T, G en C. Als je diep inzoomt in een cel en naar het DNA kijkt zie je deze letters niet echt, maar ze helpen wetenschappers bij het begrijpen en decoderen van de taal van de genen.

Zeer dicht bij het begin van het ZvH-gen bevindt zich een lange, zich herhalende sliert van de DNA-letters C-A-G. Zelfs bij mensen zonder ZvH vind je deze lettercombinatie terug, gemiddeld ongeveer 17 keer.

CAG-lengte is belangrijk voor het ziektebegin

In elke persoon die de ZvH ontwikkelt is dit stuk CAG in het DNA langer dan normaal. De gemiddelde ZvH-patiënt heeft ongeveer 44 herhalingen en sommigen hebben er nog veel meer. Over het algemeen geldt dat hoe meer CAG’s er in het ZvH-gen van een persoon voorkomen, hoe eerder we zouden verwachten dat ZvH-symptomen zich ontwikkelen. Dit kan echter sterk verschillen tussen individuele patiënten onderling.

Extreem lange CAG-herhalingen geven een duidelijk voorbeeld van dit effect. Zeer lange herhalingen (meer dan ongeveer 65) hebben de neiging om een zeer vroeg begin van de ziekte van Huntington - de juveniele vorm van de ziekte (JZvH of JHD) - te veroorzaken.

Zeer recent publiceerden twee afzonderlijke onderzoeksgroepen eenzelfde verbazingwekkende ontdekking over deze CAG-herhalingen. Voordat we hun bevindingen beschrijven, moeten we ons een klein beetje verdiepen in glutamines en aminozuren.

CAG’s en glutamines

Het eerste dat je moet begrijpen is dat de instructies voor het maken van eiwitten op een heel specifieke manier werken. Het DNA heeft een 4-letterig alfabet: A, C, G en T. Eiwitten daarentegen zijn gemaakt van lange rijen bouwstenen aminozuren genaamd. Er zijn twintig verschillende aminozuren die zoals twintig verschillend gevormde kralen één voor één in een willekeurige volgorde op een draad kunnen worden geschoven.

Om met de 4 letters van het genetische alfabet te komen tot twintig aminozuren om een eiwit te maken, bestaat voor onze cellen de regel dat DNA wordt geïnterpreteerd in blokken met 3 letters. C betekent bijvoorbeeld niets en CA evenmin. Maar CAG is een instructie om het bouwblok glutamine toe te voegen aan een eiwit in opbouw.

Hierdoor is er een directe overeenkomst tussen het aantal CAG-herhalingen in het ZvH-gen en het aantal glutaminen in het resulterende huntingtine eiwit. Iemand die 42 CAG-herhalingen heeft geërfd van zijn door de ZvH-aangetaste ouder, moet ZvH-eiwitten maken met 42 opeenvolgende glutaminen. We denken dat dit de reden is waarom grotere CAG-herhalingen sneller ZvH-symptomen veroorzaken: meer CAG’s in het gen betekent meer glutamine in het eiwit. We weten niet precies hoe, maar dit lijkt duidelijk.

OK, makkelijk genoeg. DNA wordt per drie letters gelezen om eiwitten te bouwen. Elke CAG in het gen zorgt ervoor dat één glutamine aan het eiwit wordt toegevoegd. En meer glutamine is slecht!

Maar wacht, het wordt nog vreemder!

Bij de meeste mensen bevat het CAG-deel van het ZvH-gen één "CAA". Af en toe ontbreekt het echter of zijn er twee CAA's. Blijkt dat deze kleine eigenaardigheden veel belangrijker zijn dan we dachten.
Bij de meeste mensen bevat het CAG-deel van het ZvH-gen één “CAA”. Af en toe ontbreekt het echter of zijn er twee CAA’s. Blijkt dat deze kleine eigenaardigheden veel belangrijker zijn dan we dachten.

Het lezen van het DNA in groepen van drie letters komt met een addertje onder het gras: er zijn meer combinaties van 3 letters dan we nodig hebben. Met de vier letters zijn in totaal vierenzestig combinaties mogelijk- maar er worden slechts twintig verschillende aminozuren gevormd.

Veel aminozuren hebben daarom meerdere drie-letterige genetische codes die allen hetzelfde aminozuur aanmaken en toevoegen aan het eiwit in wording. Voor glutamine - het belangrijke aminozuur in de ZvH - is CAG de meest bekende drielettersequentie. Maar CAA doet precies hetzelfde, het werkt als instructie om een glutamine toe te voegen aan het eiwit, net zo goed als CAG.

Dit is van belang omdat uit nader onderzoek blijkt dat bij de overgrote meerderheid van de mensen CAA en CAG beiden dicht bij elkaar in het ZvH-gen voorkomen. Wat we vaak de “CAG-reeks” van het ZvH-gen noemen, omvat gewoonlijk ook een enkele “CAA” -onderbreking. Omdat zowel CAG als CAA coderen voor glutamine, leek dit niet erg belangrijk en tot nu toe hebben onderzoekers niet veel aandacht besteed aan dit kleine detail.

Eens kijken of jij anders bent! Kan je de CAA-onderbreking in de CAG-reeks vinden?

CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAG-CAA-CAG. Heb je het gevonden? Het staat net voor de laatste CAG

Het genetisch testen van de CAG-lengte

Wanneer ZvH-familieleden een genetische test ondergaan om te bepalen of ze al of niet de ziekte zullen ontwikkelen, wordt door het laboratorium wat we *CAG-lengte *noemen - gemeten. Maar door een eigenaardigheid in de manier van meten, worden deze kleine CAG-onderbrekingen niet opgepikt.

Dat komt omdat de test de genetische informatie niet rechtstreeks leest. In plaats daarvan wordt nauwkeurig de lengte van het stuk DNA met de CAG-reeks gemeten. Deze vertelt ons hoe lang de CAG-reeks is, maar cruciaal, niet of de CAA-onderbreking net voor het einde al dan niet aanwezig is.

Tot nu toe was er geen reden om ons hier zorgen over te maken, maar nieuwe bevindingen suggereren dat we waarschijnlijk toch aandacht moeten schenken aan de feitelijke volgorde in dit gebied.

Nieuwe bevindingen – GEM-HD

Zeer recent hebben meerdere onderzoeksgroepen wereldwijd een zeer verrassend iets opgemerkt. Ten eerste is er het GEM-HD-consortium [voorheen besproken in https://nl.hdbuzz.net/200), een onderzoeksteam geïnteresseerd in het begrijpen van de genetische verschillen die bijdragen aan het begin van de symptomen of tot verergering van de symptomen.

De nieuwe publicatie van de GEM-HD-ploeg beschrijft een analyse van meer dan 9.000 ZvH-patiënten die deelnemen aan de ENROLL-HD-studie. Uit deze analyse bleek dat de normale CAA-onderbreking aan het einde van de CAG-reeks van het ZvH-gen af en toe ontbrak. Dit gebeurde ongeveer eens per driehonderd personen.

Het ontbrekende CAA kan de progressie van de ZvH beïnvloeden door het voor cellen moeilijker te maken om DNA accuraat te herstellen. Hierdoor kan het CAG-aantal van het ZvH-gen in sommige cellen nóg groter wordt.
Het ontbrekende CAA kan de progressie van de ZvH beïnvloeden door het voor cellen moeilijker te maken om DNA accuraat te herstellen. Hierdoor kan het CAG-aantal van het ZvH-gen in sommige cellen nóg groter wordt.

Personen die deze onderbreking niet hadden en daarom alleen ‘zuivere’ CAG’s hebben in hun ZvH-gen, vertoonden significant eerder beginsymptomen van de ZvH dan we zouden voorspellen.

Tegelijkertijd detecteerde de groep een andere zeer zeldzame variatie die het tegengestelde leek te veroorzaken, en in feite het symptoombegin vertraagde. Deze eigenaardigheid werd gezien bij ongeveer een op de honderd mensen. Deze mensen hadden twee CAA-onderbrekingen in hun CAG-reeks in plaats van de meer algemeen voorkomende enkele CAA.

Het effect van deze twee zeldzame genetische variaties vertelt een zeer fascinerend, maar ook zeer verrassend verhaal. Het waarnemen van zowel een slechte als een goede versie van de variatie suggereert dat dit effect echt is. Het betekent ook dat veel van de variatie die we zien tussen ZvH-patiënten niet beïnvloed wordt door de CAG-lengte, maar door hoe deze ‘onderbroken’ wordt.

Wat hier vreemd aan is? Of er nu een CAA of een CAG in het ZvH-gen voorkomt, de cel zal steeds hetzelfde eiwit produceren door hetzelfde glutamine bouwblok toe te voegen. Maar als het eiwit de boosdoener is, en hier zijn de meeste onderzoekers nog steeds van overtuigd, waarom maakt het dan uit of die glutamine afkomstig is van een CAA of een CAG in het gen?! Daar komen we zo op terug.

Zoals elk stukje wetenschap moet deze bevinding worden herhaald en gevalideerd. Maar als het klopt heeft het zeer belangrijke gevolgen voor hoe we over de ZvH denken.

Nieuwe bevindingen - UBC

Gelukkig hoefden we niet lang te wachten op bevestiging omdat een ander onderzoek onder leiding van Michael Hayden van de Universiteit van British Columbia, gelijktijdig met het GEM-HD-onderzoek werd vrijgegeven. Dit was een volledig onafhankelijk onderzoek en werd uitgevoerd in Hayden’s laboratorium waar men beschikt over een groot aantal DNA monsters van ZvH families.

De UBC-onderzoekers vonden zestien personen waarbij de CAA onderbreking in de CAG reeks niet aanwezig was. Deze personen ontwikkelden veel vroeger symptomen dan verwacht - misschien wel tientallen jaren eerder dan wat men zou verwachten op basis van hun traditioneel gemeten CAG-lengte.

Vervolgens onderzochten ze hoe vaak het voorkomt dat er geen CAA onderbreking aanwezig is in de CAG reeks in een unieke groep ZvH-mutatiedragers.

Sommige personen met een CAG-lengte van 36 tot 38 ontwikkelden de ZvH, maar anderen overleefden tot op hoge leeftijd zonder symptomen. Haydens database met DNA van ZvH-families omvat 45 personen met een CAG-lengte van 36, 37 of 38. Vijftien van deze personen hadden al symptomen van de ZvH en dertig niet. En opmerkelijk, van deze personen met zeer korte CAG-lengten en met ZvH-symptomen, was bij de meerderheid de CAA-onderbreking niet aanwezig.

Onthoud dat het ontbreken van CAA over het algemeen zeer zeldzaam is. Dus het feit dat zoveel mensen met korte CAG-herhalingen maar met ZvH-symptomen geen CAA-drager zijn, is zeer waarschijnlijk geen toeval. Het impliceert sterk dat het ontbreken van CAA op een of andere manier het begin van de ZvH versnelt.

Maar hoe?

Deze baanbrekende inzichten werden mogelijk gemaakt door de duizenden betrokkenen die vrijwillig deelnamen aan onderzoeksprojecten. Lopende grote onderzoeken zoals Enroll-HD en HDClarity blijken ongelooflijk waardevolle bronnen te zijn voor wetenschappelijke vooruitgang in de ZvH.
Deze baanbrekende inzichten werden mogelijk gemaakt door de duizenden betrokkenen die vrijwillig deelnamen aan onderzoeksprojecten. Lopende grote onderzoeken zoals Enroll-HD en HDClarity blijken ongelooflijk waardevolle bronnen te zijn voor wetenschappelijke vooruitgang in de ZvH.

Twee gerenommeerde onderzoeksgroepen die dit gelijktijdig ontdekken is echt wel intrigerend. Het suggereert dat de ZvH misschien op een enigszins andere manier werkt dan gedacht.

Onthoud dat in het gen zowel CAG als CAA instructies geven aan cellen om een glutamine toe te voegen tijdens de eiwitaanmaak. Dat betekent dat het huntingtine-eiwit voor elke gegeven lengte volledig identiek is, ongeacht of de CAG-reeks een CAA-onderbreking bevat of niet.

Logischerwijze moet de verklaring daarom in het DNA liggen, niet in het eiwit - en het is waarschijnlijk gerelateerd aan de merkwaardige neiging van CAG-reeksen om in bepaalde cellen in de loop van de tijd langer te groeien.

We weten uit onderzoek uitgevoerd na overlijden, dat de hersenen van patiënten met de ZvH, cellen bevatten met veel langere CAG-herhalingen dan verwacht als we dit vergelijken met CAG-lengte gemeten in bloedtests toen ze nog in leven waren. Het is nog steeds niet duidelijk waarom, maar uit bewijs van recente genetische studies (https://nl.hdbuzz.net/200) blijkt dat dit te wijten is aan lange stukken herhaald DNA die na beschadiging moeilijk te herstellen zijn.

Ons DNA ervaart vaak slijtage door dingen zoals bijvoorbeeld UV-straling. Dit veroorzaakt af en toe kleine veranderingen, en onze cellen hebben een hele reeks mechanismen om deze schade te herstellen en om schadelijke veranderingen aan onze genen te verhinderen.

Het lijkt erop dat de lange CAG-reeksen verwarring veroorzaken, zodat af en toe extra CAG’s worden toegevoegd tijdens het reparatieproces. Die CAG-verlenging veroorzaakt de aanmaak van een eiwit met meer glutamine waarvan wordt vermoed dat die schadelijker is.

Het is mogelijk - maar nog niet bewezen - dat de aanwezigheid van een CAA-onderbreking bij de CAG’s het gemakkelijker maakt voor de DNA-reparatieapparatuur om nauwkeuriger te werken, misschien door de twee DNA-strengen beter op één lijn te houden wanneer breuken optreden, of door de reparatieapparatuur iets te geven om zich aan vast te grijpen. En wanneer de CAA afwezig is lijkt de verlenging van de CAG-reeks gemakkelijker op te treden. Uiteindelijk betekent dit dat sommige cellen huntingtine-eiwitten zullen produceren met meer glutamines, die schadelijker zijn.

Cruciaal is dat deze verlenging niet noodzakelijkerwijs detecteerbaar is door de CAG-lengtebepaling in bloedcellen. Er zijn misschien personen met bijvoorbeeld een CAG-telling van 44 in het bloedonderzoek, die enkele hersencellen hebben met veel langere herhalingen omdat hun DNA moeilijker te herstellen is. Anderen met ook een CAG-score van 44 hebben misschien minder CAG-verlenging in de hersenen. En dat verschil tussen personen kan veroorzaakt worden door de aan- of afwezigheid van de CAA-onderbreking.

Wat betekent dit voor leden van de ZvH-familie?

Op dit moment is dit onderzoek slechts een wetenschappelijke bevinding. Het is wel ongewoon solide, omdat het onafhankelijk werd gerapporteerd door twee verschillende onderzoeksteams. In feite weten we uit betrouwbare bron dat een derde groot onderzoeksteam deze bevindingen ook heeft gereproduceerd in een andere patiëntengroep en aanvullende gegevens heeft om deze bevinding uit te werken. Het werk van dat team is ingediend voor publicatie in een wetenschappelijk tijdschrift en staat momenteel onder peer review (collegiale toetsing).

De gevonden veranderingen in de reeks en de gevolgen ervan op de leeftijd waarop de symptomen van de ZvH ontstaan zijn echt zeldzaam - slechts een zeer klein aantal leden van de ZvH-familie is drager. Dat is waarom het duizenden DNA-monsters van ZvH-patiënten kostte om dit uit te vinden.

Als we in de toekomst deze veranderingen beter begrijpen kan het zijn dat de genetische testprocedures moeten worden bijgewerkt om de volgorde van de CAG-reeksen per letter te bekijken, in plaats van alleen de lengte te meten. Maar voor nu is het belangrijkste gevolg dat het onderzoekers terugstuurt naar het lab om de impact van deze kleine genetische eigenaardigheden beter te begrijpen. Hoewel het niet duidelijk is wat we zullen vinden, weten we dat dit onderzoek ons helpt om de ZvH veel beter te begrijpen en kan leiden naar nieuwe behandelmethoden.

Deze nieuwe bevindingen tonen overduidelijk de meerwaarde aan van onderzoeksdeelname door ZvH-families. Geen van de duizenden mensen die hun DNA en andere informatie hebben verstrekt, wist dat deze belangrijke resultaten naar voren zouden komen. Alleen door deel te nemen aan onderzoek zoals ENROLL-HD, kunnen we de weg banen voor werkelijk onverwachte bevindingen zoals deze.