Het recept aanpassen: een deel van huntingtine verlagen

Een nieuwe studie toont aan dat het verlagen van een schadelijk stukje van de huntingtine-boodschap (Htt1a) effectief is in het verminderen van Huntington-gerelateerde symptomen bij muizen, meer nog dan het aanpakken van het volledige HTT. Dit suggereert dat strategieën die zich richten op het verminderen van HTT1a de voorkeur kunnen hebben!

Wat zijn RNA-transcripten?

Je lichaam werkt door een eenvoudige stroom van genetische informatie te volgen. In 1957 beschreef Francis Crick dit als het fundamentele proces van de biologie: DNA repliceert zichzelf en dient als een sjabloon om RNA te maken, en RNA wordt vervolgens gebruikt om eiwitten te maken. RNA-boodschappen – bekend als transcripten – zijn moleculen die worden gebruikt als instructies om eiwitten te maken. Zie DNA als de opgeschreven individuele ingrediënten, RNA als het recept en eiwitten als de voltooide maaltijd.

Wetenschappers zijn vooral geïnteresseerd in RNA als het gaat om het behandelen van ziekten met bekende genetische oorzaken. In plaats van te proberen schadelijke eiwitten te verwijderen nadat ze al zijn gemaakt, kan het effectiever zijn om te voorkomen dat ze überhaupt worden gemaakt. Dit houdt in dat de RNA-moleculen worden aangepakt voordat ze ooit worden gebruikt om eiwitten te maken.

Dit idee is vooral belangrijk voor de ziekte van Huntington (HvH), omdat onderzoekers manieren verkennen om het RNA aan te pakken dat de instructies bevat voor het maken van huntingtine (HTT), met als doel minder van het giftige eiwit te produceren en zo de symptomen te verbeteren.

HTT1a: Een giftig fragment

Huntington wordt veroorzaakt door een verlengde herhaling van de DNA-letters C-A-G in het HTT-gen. Dit verlengde gen produceert een abnormale versie van het HTT-eiwit, met een extra lang segment waardoor het verkeerd vouwt. In plaats van zijn normale werk te doen, wordt het verkeerd gevouwen eiwit plakkerig en begint het samen te klonteren, wat neuronen beschadigt en symptomen versnelt. Denk aan het volgen van een recept voor limoentaart waarbij één instructie per ongeluk steeds opnieuw wordt herhaald: het toevoegen van één theelepel zout maakt het lekker, maar twintig extra theelepels verpesten de taart.

Maar dat is niet het hele verhaal. De genetische mutatie heeft niet alleen invloed op het uiteindelijke eiwit – het kan ook interfereren met hoe de instructies van het gen (messenger RNA, of mRNA) worden gemaakt. Soms worden de instructies voortijdig afgebroken, wat een kortere versie van de HTT-boodschap produceert, genaamd HTT1a. Dit creëert een piepkleine en potentieel schadelijkere versie van het huntingtine-eiwit. Dit kortere HTT1a-eiwit klontert nog gemakkelijker samen en kan zelfs meer toxiciteit in hersencellen veroorzaken. Stel je voor dat naast het herhaaldelijk toevoegen van zout, je recept ook hele limoenen (inclusief schil) bevat in plaats van alleen limoensap. Op dat punt is de hele taart oneetbaar!

Dit klinkt misschien allemaal als een recept voor een ramp, maar het wijst ook op een mogelijke oplossing. In plaats van te proberen het uiteindelijke, beschadigde product te repareren, gaan onderzoekers rechtstreeks naar de bron: mRNA, het recept zelf.

siRNA: De gum van de biologie

siRNA, of small-interfering RNA, is een hulpmiddel dat wetenschappers gebruiken om de hoeveelheid mRNA in een cel te verminderen. Door specifiek mRNA aan te pakken en af te breken, voorkomt siRNA effectief dat bepaalde eiwitten worden geproduceerd. Als mRNA het recept voor een gerecht is, werkt siRNA als een potlood dat sommige woorden van ingrediënten uitgumt, zodat je ze gewoon moet overslaan. Zonder al die extra eetlepels zout en de hele limoenen zal je taart uitpakken zoals gepland (en hopelijk heerlijk smaken).

Het is nog onduidelijk of het aanpakken van het volledige HTT, HTT1a, of beide de uitkomsten voor Huntington zou verbeteren. Er zijn momenteel meerdere therapieën in ontwikkeling die deze verschillende methoden gebruiken: AMT-130 (uniQure), ALN-HTT2 (Alnylam) en V0659 (Vico) richten zich op zowel het volledige HTT als HTT1a, terwijl tominersen (Roche), votoplam (Novartis) en SKY-0515 (Skyhawk) waarschijnlijk alleen het volledige HTT aanpakken. Tominersen is de enige HTT-verlagende therapie die is geëvalueerd in een gevorderde (Fase 3) klinische studie; het toonde geen voordeel aan, maar dit hoeft niets te maken te hebben met HTT1a.

Wat werd er onderzocht?

Een studie die vorige maand werd gepubliceerd, onderzoekt of siRNA’s die zich richten op het volledige HTT of op HTT1a-transcripten de symptomen bij Huntington-muizen kunnen verbeteren, en of het aanpakken van de ene, de andere of beide het beste werkt. In een eerdere studie van dezelfde onderzoekers verlaagden ze de niveaus van deze genetische boodschappen door de muizen genetisch aan te passen. Het gebruik van een injecteerbaar medicijn heeft echter een groter potentieel voor aanpassing aan echt gebruik bij mensen.

De onderzoekers ontwierpen twee siRNA’s – één die zich richt op het volledige HTT en één die zich richt op HTT1a. Nadat ze hadden bevestigd dat deze siRNA’s werken, injecteerden ze deze in de hersenen van Huntington-muizen. In Huntington-onderzoek worden verschillende soorten muizen gebruikt, afhankelijk van de kenmerken die ze hebben. De muis die ze in deze studie gebruikten, heeft enkele kenmerken van Huntington die in de loop van de tijd verergeren, zoals het verschijnen van HTT-aggregaten, vooral in de kern van hersencellen, en disfunctie in hoe netwerken van genen aan- en uitgaan. Om te evalueren hoe effectief deze aanpak was, ontwierpen de onderzoekers een interventiestudie en verdeelden de muizen in drie hoofdgroepen:

• Vroege groep: geïnjecteerd in de alleroudste stadia van de ziekte (2 maanden oud) en geanalyseerd terwijl de tekenen en symptomen verergerden (6 maanden)
• Dubbele groep: geïnjecteerd in de vroege en middelste stadia van de ziekte (2 en 6 maanden) en geanalyseerd op het hoogtepunt van de symptomen (10 maanden)
• Late groep: geïnjecteerd in het middelste stadium van de ziekte (6 maanden) en geanalyseerd op het hoogtepunt van de symptomen (10 maanden)

Deze groepen werden vergeleken om te zien of een vroege behandeling, een latere behandeling of herhaalde dosering leidde tot betere resultaten.

De hippocampus in de schijnwerpers

Na het injecteren van elk muizencohort met de siRNA’s die ontworpen waren om het volledige Htt of Htt1a aan te pakken, wachtten ze enkele maanden en maten ze de hoeveelheid HTT- en HTT1a-eiwit in verschillende delen van de hersenen. Vergeleken met onbehandelde muizen ontdekten ze dat beide het meest effectief waren in de hippocampus, het deel van de hersenen dat verantwoordelijk is voor emotie en geheugen.

Dit is niet de plek waar de pathologie van Huntington doorgaans wordt bestudeerd; onderzoek richt zich meestal op het striatum, dat voornamelijk de motorische en executieve functies aanstuurt. Hoewel de onderzoekers het striatum wel onderzochten, namen ze slechts bescheiden dalingen in HTT waar en geen verandering in de HTT1a-niveaus. Maar Huntington treft de hele hersenen, en wetenschappers volgen vaak de gegevens waar ze hen ook heen leiden! Omdat hun bevindingen hen naar de hippocampus leidden, werd dit de focus voor de rest van de studie.

Hoewel beide siRNA’s het eiwit in de hippocampus verminderden, had het aanpakken van Htt1a een extra voordeel: het vertraagde de klontering van het HTT-eiwit. Er werden minder aggregaten gevormd, en bij muizen in de groep met de dubbele behandeling verschenen er helemaal geen aggregaten in de kern. Over het geheel genomen leek alleen de HTT1a-behandeling zowel de hoeveelheid als de ernst van de giftige eiwitophopingen in de hippocampus te verminderen.

Beide behandelingen hadden een positief effect op de Huntington-gerelateerde genactiviteit bij muizen in de vroege en dubbele cohorten, hoewel het Htt1a-siRNA een duidelijker effect had. De late groep toonde echter weinig voordeel van de behandeling en sommige tekenen van de ziekte kunnen zelfs zijn verergerd. Over het geheel genomen suggereren de resultaten dat deze aanpak het beste werkt wanneer deze vroeg wordt gegeven, en minder effectief lijkt te zijn als er later in het ziekteverloop mee wordt begonnen.

Waarom is dit belangrijk?

Deze studie toont aan dat de manier waarop het volledige HTT- en HTT1a-eiwit betrokken zijn bij het vormen van HTT-aggregaten complex is en kan verschillen afhankelijk van het type hersencel (hippocampus versus striatum). De meeste voordelen die in de uitgevoerde experimenten werden gezien, komen echter voort uit het verlagen van HTT1a, wat een overweging zou moeten zijn bij het ontwerpen van Huntington-therapieën. Over het geheel genomen suggereert dit dat toekomstige behandelingen het beste kunnen werken als ze zowel HTT als HTT1a verminderen, of als ze zijn ontworpen om zich specifiek op HTT1a te richten bij mensen.

Samenvatting

• Bij Huntington kan defect RNA zowel het volledige huntingtine-eiwit produceren als een kortere, giftigere versie genaamd HTT1a, wat bijdraagt aan de toxiciteit van HTT en het begin van de symptomen.
• In deze studie ontwikkelden onderzoekers siRNA-behandelingen die de HTT- en HTT1a-niveaus in muizenhersenen verlaagden, de giftige eiwitklontering verminderden en de abnormale Huntington-genactiviteit verbeterden.
• Het aanpakken van HTT1a was effectiever dan het aanpakken van het volledige huntingtine.
• Over het geheel genomen suggereren de resultaten dat het verminderen van HTT1a belangrijk is, en toekomstige therapieën kunnen het beste werken door zich direct op HTT1a te richten of op zowel HTT als HTT1a samen.