Jeff CarrollGeschreven door Dr Jeff Carroll Bewerkt door Dr Tamara Maiuri Vertaald door Gerda De Coster

Een boeiend nieuw hulpmiddel in de strijd tegen de ziekte van Huntington is zojuist beschreven. Een internationale groep wetenschappers heeft een nieuwe, gerichte manier ontwikkeld om het niveau van het gemuteerde huntingtine-eiwit te verlagen.

Huntingtine-genetica: van gen tot eiwit

De ziekte van Huntington (ZvH) wordt veroorzaakt door een genetische verandering of mutatie in het DNA van een specifiek gen. Wetenschappers noemen dit gen huntingtine. Zoals elk ander stukje DNA in onze cellen, bestaat het huntingtine-gen uit vier chemische letters, die zich herhalen in unieke patronen waardoor ze hun unieke functies ontplooien.

Die vier DNA-letters worden aangeduid met afkortingen die verwijzen naar hun chemische namen: ‘A’, ‘C’, ’T' en ‘G’. Elk geval van de ZvH wordt veroorzaakt door een verlenging van een lang stuk DNA-letters ‘CAG’ vlak bij het begin van het huntingtine-gen. Bij de meeste mensen die de ziekte niet zullen krijgen, wordt de ‘CAG’-code ongeveer 20 keer herhaald. Maar we begrijpen nog niet volledig waarom dat zo is.

In tegenstelling tot ASO's en siRNA, die zich richten op RNA, richten ZFP's zich op het DNA.
In tegenstelling tot ASO’s en siRNA, die zich richten op RNA, richten ZFP’s zich op het DNA.

De ZvH ontstaat wanneer een persoon een lang stuk ‘CAG’ erft. De ziekte zal zich onvermijdelijk ontwikkelen bij mensen die 40 of meer ‘CAG’s’ erven. Merk op dat iedereen twee verschillende kopieën van het huntingtine-gen geërfd heeft, een van de moeder en een van de vader. De overgrote meerderheid van de ZvH-patiënten heeft een normale kopie met een laag aantal ‘CAG’s’ en een mutante kopie met een hoog aantal ‘CAG’s’.

De meeste genen, inclusief het huntingtine-gen, worden door de cellen gebruikt als instructiehandleidingen voor het bouwen van eiwitten, kleine moleculaire machines die cellen helpen hun werk te doen. Dus in de cellen van mensen met de ZvH-mutatie zijn er twee verschillende versies van het huntingtine-gen en die instructies vertellen de cel om twee verschillende versies van het huntingtine-eiwit te maken .

Huntingtine verlagen

Een belangrijk doel van het ZvH onderzoek momenteel is om na te gaan of strategieën voor het verlagen van het huntingtine, een effectieve behandeling tegen de ZvH zouden kunnen zijn. Het doel van behandelingen met huntingtine-verlaging is het stoppen of vertragen van de snelheid waarmee cellen de informatie in het huntingtine-gen gebruiken om het huntingtine-eiwit te maken.

Studies op dieren suggereren dat we misschien de symptomen van de ZvH kunnen verminderen als we de hoeveelheid huntingtine-eiwit gemaakt van het mutante huntingtine-gen kunnen verlagen. Een aantal farmaceutische bedrijven gebruikt een breed scala aan methoden om het huntingtine te verlagen als potentiele nieuwe behandelingen voor de ZvH. We hebben het algemene idee van huntingtine-verlaging hier behandeld, met meer recente updates over huntingtine-verlagende medicijnen die ASO’s worden genoemd hier en hier, en andere benaderingen hier en hier.

En nu, ZFP’s

Het biotechnologiebedrijf Sangamo Therapeutics werkt al een aantal jaren aan nog een andere manier om eiwitten te verlagen: door de inschakeling of activatie van een gen aan te sturen. Hun technologie is gebaseerd op kleine moleculaire machines die zinkvingereiwitten-transcriptiefactoren worden genoemd. Dat is nogal een mondvol, dus we noemen ze kortweg ZFP’s. Net als de andere technologieën voor het verlagen van huntingtine die we eerder hebben beschreven, is het doel voor onderzoekers die ZFP’s in de ZvH gebruiken, het verlagen van de hoeveelheid mutant huntingtine in cellen.

Hoewel het basisidee hetzelfde is, werken ZFP’s op een vrij unieke manier in vergelijking met andere bestaande technologieën voor het verlagen van huntingtine. Bestaande huntingtineverlagende medicijnen werken door zich te richten op een tussenstap tussen het lezen van de informatie van het huntingtine-gen uit DNA en het maken van het huntingtine-eiwit. De informatie in genen wordt eerst uit het DNA gelezen, gekopieerd naar een nauw verwante taal genaamd RNA en vervolgens vertaald in de taal van eiwitten. Dit intermediaire RNA-bericht is het doelwit van de huntingtineverlagende geneesmiddelen die momenteel getest worden.

Maar ZFP’s zoals die ontwikkeld zijn door Sangamo en hun medewerkers, werken op een heel andere manier. Onze cellen bevatten een aantal eiwitten, waaronder kleine knijptangen, die precies goed zijn gevormd voor het grijpen van specifieke DNA-sequenties. (Waarschuwing voor nerds: de tangen worden bijeengehouden door een zinkatoom, wat de grappige naam verklaart).

ZFP’s voor ZvH?

In tegenstelling tot benaderingen die gericht zijn op het huntingtine-RNA, zetten cellen die met ZFP’s behandeld zijn, hun huntingtine-gen nooit aan.

Jarenlang hebben onderzoekers gewerkt aan het begrijpen van natuurlijk voorkomende ZFP’s in de hoop dat ze herprogrammeerd konden worden om nieuwe specifieke DNA-sequenties te grijpen. Sangamo is toonaangevend op dit gebied en heeft een soort toolkit met aangepaste ZFP’s ontwikkeld die zich op bijna elke DNA-sequentie kunnen richten.

Waarom doen we dit? Wat is het nut van het maken van aangepaste DNA-bindende tangen? Wel, het blijkt dat we verschillende ladingen aan deze scharen kunnen koppelen en sommige van hen doen zeer interessante dingen met het DNA waar ze aan hechten. Onderzoekers weten bijvoorbeeld dat ze een soort cellulair stopbord kunnen plakken aan zinkvingers om te voorkomen dat de cel het beoogde gen activeert.

Een recente publicatie beschrijft het werk van Sangamo om ZFP’s te ontwikkelen voor gebruik in de ZvH. Dit is een grootschalige samenwerking met de CHDI-stichting en een aantal ZvH-onderzoekers over de hele wereld. Na een omslachtige screening, konden ze nieuwe ZFP’s ontwikkelen die zich aan het huntingtine-gen in het DNA hechten en zo de activering ervan blokkeren. Dus, in tegenstelling tot andere benaderingen die gericht zijn op het huntingtine-RNA, zullen cellen die met deze ZFP’s zijn behandeld, hun huntingtine-gen nooit aanzetten.

Nog beter, het team was in staat om ZFP’s te ontwikkelen die enkel de expressie van de mutante kopie van het huntingtine-gen kunnen uitschakelen, terwijl de normale kopie volledig met rust wordt gelaten. Sangamo testte hun vaardigheid om een onderscheid te maken tussen een van de laagste CAG-herhalingen die bij mensen de ZvH veroorzaken (38 CAG-herhalingen), terwijl de normale kopie van huntingtine onaangeroerd werd gelaten.

Veelbelovende resultaten bij muizen

Nadat ze in cellen hadden bewezen dat hun nieuwe ZFP’s specifiek mutant huntingtine kunnen uitschakelen, deed het team vervolgens een aantal zeer goed uitgevoerde dierstudies om te zien of hun hulpmiddel nuttig zou kunnen zijn in de hersenen van dieren met ZvH-achtige mutaties. Om allesomvattend te zijn, testten ze twee verschillende diermodellen van de ZvH: een met zeer snel voortschrijdende symptomen en een andere met subtielere langetermijnveranderingen.

In beide gevallen leidde ZFP-afgifte aan de hersenen van muizen tot reducties van het huntingtine-eiwit. Het hielp ook tegen enkele van de symptomen die een beetje lijken op datgene dat we bij ZvH-patiënten waarnemen.

Het is redelijk eenvoudig om experimentele medicijnen zoals deze bij muizen te testen. Onderzoekers kunnen hersenweefsel van dieren verzamelen en intensief bestuderen, maar vergelijkbare onderzoeken zijn onmogelijk bij menselijke ZvH-patiënten, die behoorlijk chagrijnig worden als je stukjes van hun hersenen zou wegnemen. Omdat het vertalen van muisstudies naar mensen zo moeilijk is, deed het team nog een reeks extra experimenten om te bepalen of de ZFP-behandeling dingen heeft verbeterd op een manier die we ook bij mensen kunnen meten.

Met behulp van geavanceerde hersenscantechnieken kon het team de voordelen van ZFP-behandeling bij ZvH-muizen zelfs waarnemen. Deze goed ingeburgerde technieken werken ook bij mensen, dus als we ZFP’s in menselijke studies willen testen, kunnen we op zoek gaan naar verbeteringen zonder dat er weefsel dient verwijderd te worden.

Wat zijn de risico’s en voordelen van ZFP’s?

Onderzoekers kunnen een soort cellulair stopbord samenbrengen met de zinkvingers, om te voorkomen dat een cel een bepaald gen inschakelt.
Onderzoekers kunnen een soort cellulair stopbord samenbrengen met de zinkvingers, om te voorkomen dat een cel een bepaald gen inschakelt.

Zoals bij elke andere mogelijke behandeling voor de ZvH zijn er voordelen en nadelen aan het gebruik van ZFP’s. In theorie is het een veel betere aanpak om de eiwitproductie van een mutant gen volledig te stoppen, in plaats van het RNA en eiwit achteraf op te moeten ruimen. We begrijpen niet helemaal welke RNA- en eiwitsoorten toxische effecten in de cellen hebben, dus het uitschakelen van de kraan lijkt de beste aanpak.

Bovendien tonen de gegevens die gepresenteerd werden door Sangamo en hun medewerkers een zeer mooie mogelijkheid om onderscheid te maken tussen de normale kopie van het huntingtine-gen en de mutante kopie. Het uitzetten van de mutante kopie van het huntingtine-gen en het ontzien van de normale kopie heeft in theorie de voorkeur, omdat we nog steeds niet alle risico’s kennen die gepaard gaan met het verminderen van normaal huntingtine.

Het nadeel is dat de door Sangamo ontwikkelde ZFP’s en hun medewerkers zelf genen zijn, gecodeerd in DNA, die moeten worden afgeleverd aan elke cel die we willen behandelen. Het gebruik van genen om een ziekte te behandelen, staat algemeen bekend als gentherapie. Om een effectieve behandeling voor de ZvH te zijn, vereist ZFP-gentherapie bepaalde interventies. Het DNA dat de ZFP’s codeert moet in een virus worden verpakt en in de hersenen worden geïnjecteerd.

Zoals elk medicijn, kunnen de door Sangamo ontwikkelde ZFP’s onverwachte gevolgen hebben. In dit geval zou de eenvoudigste zorg over ZFP’s kunnen zijn dat ze zich per ongeluk op andere genen richten, naast huntingtine, om te verlagen. Het team deed vrij gedetailleerd onderzoek naar deze mogelijkheid in cellen, maar in de hersenen kan het natuurlijk ingewikkelder zijn.

De beste manier om te bepalen of deze ZFP’s even nuttig zijn als we hopen, is door studies op mensen uit te voeren. Om dit te ondersteunen, is Sangamo een samenwerking aangegaan met de Japanse drugsgigant Takeda, die zeker over de expertise en middelen beschikt om dergelijke onderzoeken uit te voeren. Blijf op de hoogte via HDBuzz voor alle aankondigingen over toekomstige studies met ZFP’s bij ZvH-patiënten.

Te onthouden

Deze veelbelovende nieuwe studie biedt een nieuwe pijl in onze pijlkoker om het verlagen van huntingtine in de kliniek aanpakken. De studie was zeer goed uitgevoerd en laat ons toe te overwegen om ZFP’s te testen in klinische onderzoeken bij mensen. Het is heel spannend om te zien dat briljante wetenschappers over de hele wereld nieuwe benaderingen blijven ontwikkelen voor de behandeling van de ZvH.

Deze nieuwe ZFP’s lijken veelbelovende voordelen te bieden in vergelijking met andere huntingtineverlagende benaderingen die we graag getest zien bij ZvH-patiënten. Blijf afgestemd op HDBuzz voor meer nieuws over huntingtineverlagende t