Een minder bereisde weg: hoe het verminderen van huntingtine somatische instabiliteit kan veranderen en symptomen kan vertragen

Een mysterie waarvan veel wetenschappers denken dat het de sleutel is tot het genezen van AZ, is de mysterieuze aanvangsleeftijd. Hoewel mensen met AZ het uitgebreide gen vanaf de geboorte bij zich dragen, ontwikkelen ze over het algemeen pas later in het leven symptomen, wat suggereert dat er onder de oppervlakte iets slechts broeit! Eén verklaring die de afgelopen jaren veel terrein heeft gewonnen, is een proces genaamd somatische instabiliteit, waarbij de expansie gedurende het leven van een persoon verergert. Recent werk uit het lab van Dr. Jeff Carroll aan de Universiteit van Washington onderzocht verschillende genetische technieken om te begrijpen wat somatische instabiliteit veroorzaakt en of huntingtine-verlagende therapieën dit zouden kunnen vertragen.

Een onstabiele herhaling

Om somatische instabiliteit te begrijpen, kijken we kort naar hoe genen werken. Normaal gesproken worden genen zoals huntingtine, of HTT, gekopieerd om boodschappermoleculen te maken, genaamd mRNA, via een proces dat bekendstaat als transcriptie. Deze genetische boodschappen kunnen vervolgens worden gebruikt als blauwdruk om eiwitten te maken via een ander proces genaamd translatie.

Bij AZ bevat het HTT-gen echter extra genetische letters (C-A-G’s) die zich te vaak herhalen, waardoor de mRNA-boodschap een abnormaal eiwit aanmaakt. In sommige cellen kunnen deze herhalende CAG’s gedurende iemands leven zelfs nog langer worden, wat leidt tot mRNA dat steeds repetitiever wordt. Tegen de tijd dat de symptomen optreden, kunnen deze CAG-herhalingen in bepaalde cellen tot in de honderden zijn gegroeid. De voortdurend uitbreidende CAG-herhaling in HTT, somatische instabiliteit genoemd, is een belangrijke theorie voor de reden waarom het begin van AZ meestal wordt uitgesteld tot de volwassenheid.

Veel lopende klinische onderzoeken zijn gericht op het verminderen van de hoeveelheid HTT die door het defecte gen wordt geproduceerd. Het is echter onduidelijk of het verlagen van de HTT-niveaus de groei van de CAG-herhaling in het HTT-gen zal vertragen. Hoewel somatische instabiliteit een hoofdverdachte is voor het vertraagde begin van AZ, is het nog steeds slechts een correlatie. Hoe dan ook, het is zeker de moeite waard om te onderzoeken wat de oorzaak is en of HTT-verlagende therapieën, die al in klinische onderzoeken worden getest, hier invloed op kunnen hebben.

Huntingtine omlaag schroeven

In een nieuwe studie testte een team van de Universiteit van Washington of het verlagen van HTT invloed heeft op somatische instabiliteit. Uit eerder werk hadden ze een type therapie gebruikt genaamd Antisense Oligonucleotiden (ASO’s), die zich binden aan mRNA en het naar de afvalbak van de cel sturen om de HTT-niveaus bij muizen te verlagen. Ze gaven een vervolg aan deze experimenten en ontdekten dat ASO’s ook de groei van de CAG-herhaling met ongeveer 50% verminderden. Dit is goed nieuws, omdat verschillende lopende klinische onderzoeken ASO’s al onderzoeken.

Hoewel het vermogen van ASO’s om de doelniveaus van mRNA te verlagen goed wordt begrepen, waren de onderzoekers verrast dat het de groei van CAG’s in het HTT-gen belemmerde. Ze vermoedden dat de ASO’s mogelijk ook het mRNA bij de bron verstoren – een proces genaamd transcriptie. Recent werk van andere groepen heeft de snelheid van transcriptie gekoppeld aan de groei van CAG’s, zodanig dat hoe meer het HTT-gen wordt gebruikt om mRNA te maken, hoe sneller de CAG’s zich opbouwen. Deze hypothese leidde het team ertoe om precies te onderzoeken hoe ASO’s de CAG-groei vertraagden.

De onderzoekers overwogen twee mogelijke manieren waarop ASO’s somatische instabiliteit zouden kunnen vertragen.

1. Het HTT-eiwit zelf was verantwoordelijk voor somatische instabiliteit, en door de productie van HTT te verminderen, verminderden ASO’s de somatische instabiliteit.
2. Het proces van het inschakelen van het HTT-gen veroorzaakte somatische instabiliteit, en door de transcriptie te verminderen, verminderden ASO’s de somatische instabiliteit.

Om erachter te komen hoe ASO’s somatische instabiliteit kunnen beïnvloeden, injecteerden de onderzoekers een vergelijkbaar molecuul bij muizen, genaamd siRNA, dat het HTT-eiwit vermindert maar de transcriptie niet beïnvloedt. Wanneer de HTT-eiwitniveaus werden verlaagd met siRNA, zagen ze geen enkel effect op de somatische instabiliteit. Dit betekent niet dat siRNA geen gunstig effect had, alleen dat siRNA de somatische instabiliteit niet verminderde in de cellen die het team bekeek. Het geeft echter wel aan dat ASO’s de CAG-groei vertragen door de transcriptie te verstoren, en niet door de eiwitniveaus te verlagen.

Minder leveringen, minder kuilen?

Om het verschil tussen siRNA en ASO’s te visualiseren, kun je je het HTT-gen voorstellen als een oude weg waar vrachtwagens overheen rijden om leveringen te doen, waarbij de pakketten de mRNA-boodschappen voorstellen. Met elk jaar dat er op de weg wordt gereden, verergeren de kuilen en barsten, net zoals de CAG-herhaling van HTT verergert naarmate het meer wordt gebruikt om eiwit te maken. Het verlagen van HTT-niveaus met siRNA is als het verminderen van het aantal pakketten, maar er rijden nog steeds evenveel vrachtwagens op de weg – ze zijn alleen leger! ASO’s verminderen echter het aantal vrachtwagens, en minder vrachtwagens betekent minder slijtage aan de weg, en dus een tragere CAG-groei.

De onderzoekers probeerden een directere aanpak om het verband tussen somatische instabiliteit en transcriptie te testen. Ze gebruikten een genetisch gemodificeerd muismodel van AZ waarbij HTT-transcriptie aan- of uitgezet kan worden, als een schakelaar, door een speciale chemische stof aan hun drinkwater toe te voegen. Bij muizen waarbij de HTT-transcriptie werd uitgeschakeld, zagen ze dat de somatische instabiliteit vertraagde. Bovendien groeiden de CAG-herhalingen minder naarmate de HTT-transcriptie langer uitstond. Deze resultaten vormden, samen met hun ASO-experimenten, een goed bewijs dat transcriptie gedeeltelijk verantwoordelijk was voor somatische instabiliteit.

Zinkvinger-wegversperringen

Hoewel het aan- of uitzetten van HTT door een chemische stof aan drinkwater toe te voegen fantastisch klinkt, werkt het alleen in dit specifieke type genetisch gemodificeerde muizen, wat wij helaas niet zijn! Dus wendden de onderzoekers zich tot een meer praktische aanpak met Zinkvingereiwitten (ZFP’s). Dit zijn genetisch gemodificeerde eiwitten die zich direct aan CAG-herhalingen hechten en de transcriptie blokkeren. In onze analogie zijn ZFP’s als gigantische wegversperringen die het verkeer afsluiten. Als de vrachtwagens die over de weg rijden (transcriptie) ervoor zorgen dat de kuilen verergeren (CAG-groei), dan zou het stoppen van het verkeer de somatische instabiliteit moeten vertragen.

Om ZFP’s te testen, gebruikten ze een virus om hun DNA-instructies in muizenhersenen af te leveren. De ene kant van de muizenhersenen kreeg een versie van de ZFP die zich vastzet op de CAG-herhaling en de transcriptie uitschakelt, en de andere kant kreeg een versie van de ZFP die zich aan HTT bindt maar de transcriptie niet uitschakelt. De ZFP’s die de transcriptie blokkeren, lieten een indrukwekkende vermindering van 70% in somatische instabiliteit zien. Verrassend genoeg hadden ZFP’s die zich aan HTT binden maar de transcriptie niet blokkeren, nog steeds een bescheiden vermindering van 42% in somatische instabiliteit. Dit is goed nieuws, want het volledig uitschakelen van HTT-transcriptie is mogelijk onveilig omdat HTT nog steeds belangrijke functies vervult in hersencellen. Dus het gedeeltelijk aan laten staan van HTT terwijl de somatische instabiliteit wordt vertraagd, zou een veiligere therapeutische aanpak kunnen zijn.

Therapeutische richtingen

Gezamenlijk laten deze resultaten zien dat het omlaag schroeven van de transcriptie van HTT niet alleen de hoeveelheid giftig HTT-eiwit in de cel vermindert, maar mogelijk ook de CAG-groei vertraagt. Hoewel het vertragen van de CAG-groei klinkt als een schot in de roos, is het belangrijk om te herhalen dat we nog steeds niet zeker weten of somatische instabiliteit het begin van de ziekte veroorzaakt – het is slechts een veelbelovend spoor! Bovendien kan het verminderen van HTT-transcriptie, wat gekoppeld was aan vertraagde somatische instabiliteit, totaal ongerelateerde problemen in de cel veroorzaken. In onze analogie zou het blokkeren van pakketleveringen het ontstaan van kuilen stoppen, maar dit zou zeker ook een boze groep klanten creëren die op hun pakketjes wacht!

Klinische onderzoeken met ASO’s zijn al aan de gang en er wordt gewerkt aan therapieën op basis van ZFP. Hoewel er genoeg reden is voor optimisme, zijn er enkele belangrijke kanttekeningen. Allereerst zijn de muizen die in deze experimenten worden gebruikt genetisch gemanipuleerd met een extreme CAG-herhalingsmutatie, omdat ze anders vanwege hun korte levensduur geen symptomen zouden vertonen. En of deze therapieën effectief of veilig naar mensen vertaald kunnen worden, is een ander groot vraagteken. Hoewel ASO’s en ZFP’s bijvoorbeeld getolereerd kunnen worden binnen de zeer korte levensduur van een muis, kennen we de veiligheid of effectiviteit op de lange termijn bij mensen niet. Hoe dan ook, we zullen elke ontwikkeling op de voet volgen en updates delen zodra deze beschikbaar zijn!

Samenvatting

• CAG-herhalingen in het HTT-gen blijven gedurende het leven uitbreiden, en deze somatische instabiliteit kan bijdragen aan het vertraagde begin van AZ.
• ASO-behandelingen vertragen de uitbreiding van de herhaling door de HTT-transcriptie te verminderen, en niet alleen de HTT-eiwitniveaus.
• Meerdere experimenten, waaronder siRNA, schakelbare transcriptie en zinkvingereiwitten, bevestigen dat minder HTT-transcriptie minder CAG-groei betekent.
• Therapieën die gericht zijn op transcriptie zien er veelbelovend uit, maar het is nog onduidelijk of het vertragen van somatische instabiliteit het begin van AZ bij mensen zal veranderen.

Meer informatie

Onderdrukking van somatische instabiliteit bij de ziekte van Huntington door transcriptionele repressie en directe binding van CAG-herhalingen