Gentherapie myotone dystrofie type 1 vereist ook epigenetische ingreep Alleen genetische mutatie verwijderen lijkt onvoldoende

Correctie van een genetische mutatie repareert niet automatisch ook de epigenetische veranderingen. Dat ontdekte Rick Wansink bij onderzoek naar myotone dystrofie type 1. De bevinding, gepubliceerd in Nature Communications, heeft ook consequenties voor de ontwikkeling van therapieën voor andere soortgelijke aandoeningen.

Myotone dystrofie type 1 (MD1) is een erfelijke spierziekte, waarbij de spieren steeds zwakker worden en aangespannen spieren langzamer ontspannen dan normaal. Ook andere organen kunnen minder goed gaan functioneren. De ziekte wordt veroorzaakt door een fout in het DMPK-gen. Aan het einde van dit gen zit een drieletterig stukje DNA (CTG) dat honderden, soms wel duizenden keren wordt herhaald en gedurende het leven vaak ook nog langer wordt. Hoe langer dit stukje ‘stotterend DNA’, hoe ernstiger de klachten. Binnen families met DM1 begint de ziekte bij elke nieuwe generatie op een jongere leeftijd en zijn de klachten ook ernstiger, omdat de ‘staart’ van CTG-herhalingen steeds langer wordt.

Stotterend DNA

Rick Wansink, moleculair celbioloog aan het Radboudumc, doet al decennia onderzoek naar ziekten die veroorzaakt worden door dergelijke stukken stotterend DNA. “De meeste erfelijke aandoeningen ontstaan door mutaties in een gen waardoor het bijbehorende eiwit niet goed meer werkt”, zegt Wansink. “Bij ziekten zoals myotone dystrofie ligt dat heel anders. Daar wordt het probleem veroorzaakt door de lange RNA staart, die ontstaat bij de vertaling van DNA naar eiwitinformatie. In het geval van myotone dystrofie kunnen aan die RNA staart allerlei andere, goed functionerende eiwitten vastplakken, waardoor die niet meer werken. Op die manier verstoren de RNA staarten steeds meer processen in de cel en gaat die steeds slechter functioneren.”

Moleculair plakband

De groep van Wansink onderzoekt hoe die processen op moleculair niveau tot ziekte leiden en op welke manier je daar iets aan kunt doen. Welke strategieën zijn kansrijk om tot een behandeling te komen? Want tot op heden is er nog geen therapie voor deze ziekte beschikbaar, ook al zitten er inmiddels wel aan aantal in de pijplijn. Een pijplijn die onder meer berust op eerder werk van Wansink: “Mijn groep was een van de eersten die therapeutische antisense oligonucleotiden introduceerde in DM1 en de eerste die de CTG herhalingen in DM1 verwijderde in menselijke cellen via CRISPR/Cas9 technologie. Antisense oligonucleotiden - AON’s - zijn moleculaire plakbandjes waarmee je de verstorende stukken RNA kunt afplakken, waardoor de processen in de cel weer normaal kunnen gaan verlopen. Met de CRISPR/Cas9 technologie – een moleculaire schaar - hebben we laten zien dat je die repeterende staart uit het DMPK-gen kunt knippen.

Blokkeren of kapot knippen

Het fundamentele onderzoek van Wansink heeft consequenties voor de praktische ontwikkeling van therapieën. Onlangs onderzocht hij nog of het verschil maakt of je met AON’s, met die moleculaire pleisters, de RNA staart in stukken knipt of de werking ervan blokkeert. “Blokkeer je de staart, dan verliest hij zijn magnetische aantrekkingskracht op allerlei eiwitten”, zegt Wansink. “Knip je de staart in stukken, dan verwacht je eigenlijk hetzelfde effect. Toch kun je beter voor een blokkerend plakkertje kiezen, zoals onderzoek van promovendus Najoua El Boujnouni heeft aangetoond in een samenwerking met biochemicus Roland Brock. Het plakkertje dat aanzet tot knippen plakt niet alleen aan de RNA staart van DM1, maar ook aan RNA van andere eiwitten.  Het is dus minder kieskeurig en geeft bijwerkingen in de cel. Dat hadden we vooraf niet zo ingeschat. Ik zou dus eerder een trial starten met een blokkerend dan met een afbrekend plakkertje.”

Epigenetische verpakking

Recent heeft de groep van Wansink onderzoek gepubliceerd in Nature Communications dat voortbouwt op het eerdere CRISPR/Cas onderzoek. Met het moleculaire CRISPR/Cas schaartje is de staart uit het DNA te verwijderen. Dit is een potentieel genezende behandeling, maar toepassing in de kliniek vereist nog het nodige onderzoek. Zo is nog niet precies bekend welke rol de epigenetica speelt, de ‘verpakking’ van de genen. Bij myotone dystrofie type 1 wordt het repeterende CTG stuk in de genen alsmaar langer. In de patiënt zelf, maar ook in de navolgende generaties. In de ernstigste, aangeboren vorm van de ziekte gaat die toenemende stottering van het DNA ook nog eens gepaard met methylering, met epigenetische veranderingen die het DNA op een andere manier verpakken. Wansink wilde weten welke rol die epigenetische verpakking speelt bij – zo mogelijk therapeutische - veranderingen in het DNA en zocht contact met Rachel Eiges in Jeruzalem, specialist op het gebied van de epigenetica rond stotterend DNA.

Differentiatie maakt verschil

Wansink: “Uit het onderzoek met de groep in Israël bleek al snel dat als we de DM1 mutatie in menselijke stamcellen met CRISPR/Cas verwijderen dan ook meteen die aparte epigenetische verpakking verdwijnt. Maar zodra die stamcellen zich hebben ontwikkeld tot myoblasten of fibroblasten, tot spier- of bindweefselcellen, dan kunnen we de genetische mutatie die DM1 veroorzaakt wel verwijderen, maar blijft de epigenetische verpakking in stand! Maken we van die spier- of bindweefselcellen weer stamcellen, dan lukt het weer wel. Rachel Eiges en ik kwamen tot de conclusie dat specifieke enzymen de epigenetische veranderingen kennelijk wel in stand houden in die verder uitgerijpte, gedifferentieerde cellen, maar niet in stamcellen. Dat is een belangrijk inzicht. Niet alleen voor myotone dystrofie, maar ook voor soortgelijke erfelijke aandoeningen zoals de ziekte van Huntington, fragiele X-syndroom en verschillende vormen van spinocerebellaire ataxie.”

Vergrendelde verpakking

Het onderzoek van Wansink zet de bijl in de algemeen aanvaarde gedachte dat het corrigeren van een genetische mutatie ook altijd gepaard gaat met het terugdraaien van de epigenetische veranderingen. Dat er nu een verschil gevonden is tussen de reactie bij stamcellen en verder uitgerijpte cellen suggereert dat differentiatie van cellen functioneert als een soort epigenetische vergrendeling. Wansink: “Correctie van de DNA stottering in cellen van patiënten met myotone dystrofie type 1 kan sommige, maar niet alle ermee samenhangende problemen verhelpen. Onze ontdekking kan helpen bij de ontwikkeling van nieuwe strategieën voor de behandeling van myotone dystrofie type 1 door naast de genetische mutatie ook de epigenetische machinerie aan te pakken.”

­­­­-

Publicatie in Nature Communications: Differentiation shifts from a reversible to an irreversible heterochromatin state at the DM1 locus - Tayma Handal, Sarah Juster, Manar Abu Diab, Shira Yanovsky-Dagan, Fouad Zahdeh, Uria Aviel, Roni Sarel-Gallily, Shir Michael, Ester Bnaya, Shulamit Sebban, Yosef Buganim, Yotam Drier, Vincent Mouly, Stefan Kubicek, Walther J. A. A. van den Broek, Derick G. Wansink, Silvina Epsztejn-Litman & Rachel Eiges

• Meer weten over deze onderwerpen? Klik dan via onderstaande buttons door naar meer nieuws.

  Nieuws homepage Patientenzorg en Nieuws en verhalen