De pocket van MSH3 benutten: Nieuwe inzichten in de uitbreiding van CAG-herhalingen

Bij de ZvH kunnen DNA-reparatie-eiwitten zoals MSH3 er soms per ongeluk voor zorgen dat de CAG-herhalingCAG-herhaling Het stukje DNA aan het begin van het Huntington-gen, dat de CAG-sequentie bevat die vele malen wordt herhaald en abnormaal lang is bij mensen die de ziekte van Huntington zullen ontwikkelen. na verloop van tijd langer wordt. Britse wetenschappers hebben aangetoond dat het aanpakken van een piepkleine DNA-bindende pocket op MSH3 dit proces vertraagt, wat een nieuwe weg opent voor therapeutische ontwikkeling.

De ziekte van Huntington (ZvH) wordt veroorzaakt door een reeks herhalende DNA-letters, C-A-G, binnen het huntingtine-gen. We weten al lang dat deze herhalingen schadelijk zijn, maar de afgelopen jaren hebben we geleerd dat ze ook onstabiel zijn en na verloop van tijd kunnen blijven verlengen. Dit proces, bekend als somatische instabiliteit, wordt steeds vaker gezien als een mogelijke aanjager van de ZvH. Er is steeds meer bewijs dat naarmate CAG-herhalingen zich uitbreiden in bepaalde kwetsbare neuronen, ze uiteindelijk een toxische lengte bereiken, wat bijdraagt aan schade aan hersencellen en verergering van symptomen.

Een grote doorbraak in het begrijpen van somatische instabiliteit is de ontdekking dat eiwitten die verantwoordelijk zijn voor het repareren van beschadigd DNA ook belangrijke aanjagers van dit proces kunnen zijn. In plaats van het genoomgenoom al het DNA van een levend organisme, verzamelnaam voor alle genen te beschermen, kunnen ze af en toe helpen om CAG-herhalingen uit te breiden. Door zich te richten op een DNA-bindende “pocket” van een van deze eiwitten, MSH3, toonde een team van Britse wetenschappers onder leiding van Sarah Tabrizi aan dat ze de uitbreiding van CAG-herhalingen konden vertragen. Samen werpen deze experimenten licht op hoe MSH3 de uitbreiding van CAG-herhalingen aandrijft en suggereren ze dat het mogelijk is om dit proces te verstoren terwijl de normale DNA-reparatiefuncties van MSH3 grotendeels intact blijven.

Waarom blijven CAG-herhalingen groeien?

Zoals HDBuzz-lezers misschien hebben gemerkt, is somatische instabiliteit een van de grootste onderzoeksgebieden binnen de ZvH geworden, maar ons begrip van het proces is nog steeds in ontwikkeling. Grote menselijke genetische studies toonden aan dat kleine spellingsvariaties in DNA-reparatiegenen verrassend grote effecten kunnen hebben op de leeftijd waarop de symptomen van de ZvH beginnen. Andere aanwijzingen zijn afkomstig uit de moleculaire en structurele biologie, diermodellen en experimenten in cellen, waar wetenschappers genen kunnen verwijderen of eiwitten subtiel kunnen veranderen om te zien wat er gebeurt met de uitbreiding van de CAG-herhalingCAG-herhaling Het stukje DNA aan het begin van het Huntington-gen, dat de CAG-sequentie bevat die vele malen wordt herhaald en abnormaal lang is bij mensen die de ziekte van Huntington zullen ontwikkelen..

Veel van deze studies wijzen naar dezelfde groep eiwitten: de DNA-reparatiemachinerie van de cel. Hun taak is om ons DNA te patrouilleren, op zoek naar schade en het herstellen van fouten voordat ze problemen veroorzaken. Sommige van deze eiwitten kunnen samenwerken in teams die bekendstaan als eiwitcomplexen, waardoor moleculaire DNA-reparatiemachines ontstaan. Bij de ZvH lijken ze echter te worden gedwarsboomd door de uitgebreide CAG-herhalingCAG-herhaling Het stukje DNA aan het begin van het Huntington-gen, dat de CAG-sequentie bevat die vele malen wordt herhaald en abnormaal lang is bij mensen die de ziekte van Huntington zullen ontwikkelen., die een onverwachte, uitstekende lus kan vormen. In plaats van het probleem te repareren, maken hun pogingen om het te herstellen de herhaling juist langer.

We weten nog steeds niet precies waarom dit gebeurt. Sommige wetenschappers proberen de onderliggende biologie te begrijpen, terwijl anderen zich richten op het vinden van manieren om het proces te onderbreken, vaak door belangrijke leden van dit falende reparatieteam te verminderen of te blokkeren.

Waar MSH3 en DNA elkaar ontmoeten

Een van de eiwitten die naar voren is gekomen als een belangrijke speler heet MSH3. Het maakt deel uit van een belangrijk DNA-reparatiecomplex en is goed in het herkennen van ongebruikelijke lussen of uitstulpingen in het DNA. Bij de ZvH lijkt deze taak averechts te werken en helpt het de toevoeging van extra CAG’s aan te drijven.

We weten al dat het verlagen van MSH3 in cellen en diermodellen van de ZvH de uitbreiding van CAG-herhalingen kan vertragen. In feite ontwikkelen verschillende bedrijven therapieëntherapieën behandelingen die zich richten op het MSH3-niveau als een manier om somatische instabiliteit te vertragen, terwijl anderen zich richten op de “motoractiviteit” van de moleculaire MSH3-machine. Maar een andere benadering is om beter te begrijpen hoe MSH3 precies in contact komt met DNA, en of die interactie kan worden onderbroken zonder het eiwit volledig te elimineren.

Studies hebben een kleine DNA-bindende pocket op MSH3 geïdentificeerd waar een groef op het eiwitoppervlak contact maakt met afwijkende DNA-lussen, zoals die gevormd worden bij te veel CAG-herhalingen. In deze studie brachten onderzoekers kleine veranderingen aan in het oppervlak van de pocket om te onderzoeken hoe het beïnvloeden van de DNA-binding de uitbreiding van de CAG-herhalingCAG-herhaling Het stukje DNA aan het begin van het Huntington-gen, dat de CAG-sequentie bevat die vele malen wordt herhaald en abnormaal lang is bij mensen die de ziekte van Huntington zullen ontwikkelen. zou kunnen veranderen. Als de uitbreiding wordt verminderd, kunnen er misschien medicijnen worden ontworpen om deze pocket te blokkeren en te voorkomen dat MSH3 zich op de verkeerde plaats aan het DNA vastgrijpt.

De pocket op de proef stellen

Om te testen of deze DNA-bindende pocket er echt toe doet, ontwikkelden de wetenschappers een gespecialiseerd celmodel. Deze cellen bevatten een stukje huntingtine met een extra lange reeks CAG-herhalingen (118) die na verloop van tijd voorspelbaar langer werd. Ze stelden de onderzoekers ook in staat om het MSH3-niveau te controleren en kleine wijzigingen aan te brengen in het eiwit zelf.

Eiwitten zijn opgebouwd uit twintig verschillende chemische bouwstenen die aminozuren worden genoemd. Twee daarvan, tyrosine (Y) en lysine (K), zitten zij aan zij in de DNA-bindende pocket van MSH3 en helpen het om onregelmatige DNA-lussen te herkennen. Met behulp van genetische manipulatie vervingen de onderzoekers deze aminozuren door andere om te kijken wat er gebeurt als MSH3 het DNA niet meer op dezelfde manier kan vasthouden.

De resultaten waren opvallend. Het veranderen van slechts deze twee aminozuren stopte de uitbreiding van de CAG-herhalingCAG-herhaling Het stukje DNA aan het begin van het Huntington-gen, dat de CAG-sequentie bevat die vele malen wordt herhaald en abnormaal lang is bij mensen die de ziekte van Huntington zullen ontwikkelen. bijna volledig. De onderzoekers toonden ook aan dat dit niet kwam doordat MSH3 helemaal niet meer werkte. Het eiwit werd nog steeds normaal aangemaakt en kon nog steeds samenwerken met andere eiwitten in het DNA-reparatiecomplex. In plaats daarvan voorkwamen de wijzigingen dat MSH3 zich bond aan de abnormale DNA-lussen die gevormd werden door de uitgebreide CAG-herhalingen.

Kunnen we de pocket aanpakken met medicijnen?

Aantonen dat de bindende pocket belangrijk is, is de eerste stap. De volgende vraag is of deze met een medicijn kan worden aangepakt. De onderzoekers richtten zich vervolgens op een klein molecuul genaamd CP1. Van deze verbinding is eerder aangetoond dat het zich dicht bij de pocket van MSH3 nestelt en het vermogen om DNA te binden verstoort. CP1 is geen medicijn dat bedoeld is om ziekten te behandelen; het is een lange weg om moleculen te maken, te selecteren en te testen die aan die criteria voldoen! In plaats daarvan kun je het zien als een onderzoeksinstrument dat wetenschappers kunnen gebruiken om MSH3 te onderzoeken.

Om CP1 te testen, zetten de onderzoekers een experimentele val. Ze maakten een kort stukje DNA met het type CAG-lus dat MSH3 normaal gesproken herkent, en gebruikten dit als moleculair “aas”. Zoals verwacht greep MSH3 zich vast aan het aas, maar na behandeling met CP1 werd er veel minder van het eiwit gevangen.

Dit was niet zomaar een biochemisch trucje. CP1 verminderde ook de interactie tussen MSH3 en CAG-bevattende DNA-lussen in levende cellen, waaronder neuronen afgeleid van de stamcellenstamcellen cellen die kunnen delen in cellen van verschillende soorten, een cel die in staat is om in een ander celtype te veranderen (differentiëren) van iemand met de ZvH. Belangrijker nog: de verbinding CP1 vertraagde de somatische instabiliteit in al deze experimentele systemen.

MSH3 nauwkeuriger aanpakken

We weten al een tijdje dat MSH3 een aantrekkelijk doelwit is om somatische instabiliteit te vertragen, en verschillende bedrijven ontwikkelen al therapieëntherapieën behandelingen die ontworpen zijn om het MSH3-niveau te verlagen. Omdat MSH3 normaal gesproken echter helpt bij het repareren van beschadigd DNA, zijn er begrijpelijke zorgen over het volledig uitschakelen van een eiwit dat ons genoomgenoom al het DNA van een levend organisme, verzamelnaam voor alle genen helpt beschermen. Dit artikel onderzocht een ander idee: zouden wetenschappers, in plaats van MSH3 te elimineren, simpelweg kunnen voorkomen dat het reageert met de abnormale DNA-structuren die de uitbreiding van de CAG-herhalingCAG-herhaling Het stukje DNA aan het begin van het Huntington-gen, dat de CAG-sequentie bevat die vele malen wordt herhaald en abnormaal lang is bij mensen die de ziekte van Huntington zullen ontwikkelen. aandrijven?

Het antwoord lijkt ja te zijn. Door zich te richten op een kleine DNA-bindende pocket, waren de onderzoekers in staat om somatische instabiliteit te vertragen terwijl de normale functie van MSH3 intact bleef, en ze toonden dit aan in meerdere systemen.

Een paar dingen om in je achterhoofd (of pocket) te houden

Er zijn enkele belangrijke kanttekeningen. Dit is nog onderzoek in een zeer vroeg stadium. De wetenschappers hebben op slimme wijze bestaande modellen en instrumenten aangepast, waaronder cellen met snel uitbreidende CAG-herhalingen, aanpasbare MSH3-niveaus en lussen van DNA-“aas”, om belangrijke vragen over somatische instabiliteit te stellen. Het is een stap naar een dieper begrip, maar er is meer werk nodig om te bepalen of de conclusies ook gelden in de complexe omgeving van de hersenen, en uiteindelijk bij mensen met de ZvH.

Het kleine molecuul dat in de studie werd gebruikt, heeft ook beperkingen. Hoewel CP1 gemakkelijk in de pocket van MSH3 glijdt, is het een onderzoeksinstrument en geen kandidaat-medicijn; het gebruik ervan in hogere doses was zelfs een beetje giftig voor cellen. Hoewel het duidelijk de interactie tussen MSH3 en CAG-bevattend DNA verstoorde, lijkt het ook het MSH3-niveau enigszins te verlagen, waardoor het moeilijk is om deze twee effecten volledig van elkaar te scheiden. Er zouden waarschijnlijk selectievere verbindingen nodig zijn om de stap naar de kliniek te kunnen zetten.

Ondanks deze beperkingen vertegenwoordigt deze studie een belangrijke vooruitgang. Het levert bewijs dat het verstoren van een specifieke DNA-bindende pocket in MSH3 voldoende zou kunnen zijn om de uitbreiding van de CAG-herhalingCAG-herhaling Het stukje DNA aan het begin van het Huntington-gen, dat de CAG-sequentie bevat die vele malen wordt herhaald en abnormaal lang is bij mensen die de ziekte van Huntington zullen ontwikkelen. te vertragen. Dit werk identificeert de DNA-bindende pocket van MSH3 als een aantrekkelijk nieuw therapeutisch doelwit — en opent de deur naar een veelbelovende nieuwe richting voor het vertragen van somatische instabiliteit bij de ZvH.

Samenvatting

• MSH3 is een DNA-reparatie-eiwit dat er per ongeluk voor kan zorgen dat CAG-herhalingen na verloop van tijd langer worden, wat mogelijk bijdraagt aan de ziekte van Huntington.
• Wetenschappers identificeerden een piepkleine pocket op MSH3 die het helpt om ongebruikelijke DNA-structuren vast te grijpen die gevormd worden door uitgebreide CAG-herhalingen.
• Het veranderen van deze pocket of het blokkeren ervan met een onderzoeksverbinding vertraagde de uitbreiding van de CAG-herhalingCAG-herhaling Het stukje DNA aan het begin van het Huntington-gen, dat de CAG-sequentie bevat die vele malen wordt herhaald en abnormaal lang is bij mensen die de ziekte van Huntington zullen ontwikkelen. in cellen.
• Dit zou een nieuwe manier kunnen bieden om de uitbreiding van de CAG-herhalingCAG-herhaling Het stukje DNA aan het begin van het Huntington-gen, dat de CAG-sequentie bevat die vele malen wordt herhaald en abnormaal lang is bij mensen die de ziekte van Huntington zullen ontwikkelen. te vertragen zonder MSH3 volledig te verwijderen, hoewel er meer onderzoek nodig is voordat deze benadering een behandeling kan worden.