De fruitvlieg als model voor ALS

Erik Storkebaum werd geboren te Lier op 21 januari 1977. Hij volgde er lager en middelbaar onderwijs in het Sint-Gummarus college, waar hij in 1995 zijn diploma behaalde in de richting Latijn-Wiskunde. Van 1995 tot 2000 studeerde Erik Farmaceutische Wetenschappen aan de KU Leuven, waar hij ook zijn vrouw Tine leerde kennen als jaargenoot apotheker. In 1999 verrichte hij gedurende 6 maanden onderzoekswerk in het laboratorium van Prof Dr. W. Rombauts ter voorbereiding van zijn eindwerk. Dit eindwerk, getiteld "Moleculair-biologische analyse van de regeling van transcriptie door androgeen-responsieve enhancers", werd in 2001 bekroond met de Farmaleuven Prijs. Erik behaalde zijn diploma van Apotheker met grote onderscheiding in juni 2000.

In Oktober 2000 startte hij zijn* doctoraat in het Centrum voor Transgene Technologie en Gentherapie, met Prof Dr Peter Carmeliet als promoter. Hij werd na selectie door een expert-jury aangesteld als Aspirant-FWO voor de periode 2000-2004. Momenteel is hij auteur van 11 wetenschappelijke publicaties, waarvan 4 in top-tijdschriften (Nature, Nature Genetics en Nature Neuroscience), en gaf hij 7 voordrachten op internationale congressen. Zijn onderzoek werd geselecteerd voor een persconferentie op het Neuroscience Congress in oktober 2004. Op 28 januari 2005 verdedigde hij zijn proefschrift getiteld: "Rol en therapeutisch potentieel van vasculair endotheliale groeifactor (VEGF) in motorneurondegeneratie: een studie in transgene muizen en ratten." Dit proefschrift werd bekroond met de "Prijs Baron Simonart", en samen met Diether Lambrechts ontving Erik ook de Galenusprijs ter bekroning van hun baanbrekend onderzoek naar de rol en het therapeutisch potentieel van VEGF in ALS.

Sedert oktober 2005 werkt Erik als postdoctoraal onderzoeker van het FWO-Vlaanderen in het laboratorium van Prof Dr Patrick Callaerts, een job die hij sinds 5 jan 2006 weet te combineren met zijn rol als vader van dochtertje Lotte. In zijn huidig onderzoek (zie volgende paragrafen) maakt Erik gebruik van de fruitvlieg Drosophila melanogaster om het ontstaansmechanisme van ALS beter te begrijpen, en op die manier nieuwe therapeutische aangrijpingspunten te ontdekken. Zijn hoop is dat dit onderzoek uiteindelijk zal bijdragen tot een succesvolle behandeling van deze tot op heden nog ongeneeslijke ziekte.

---------------------------------

DE FRUITVLIEG ALS MODEL VOOR AMYOTROFISCHE LATERALE SCLEROSE

ALS, nog steeds een mysterie

Aandoeningen die de zenuwbanen of neuronen aantasten – neurodegeneratieve aandoeningen – vormen een steeds groter medisch en maatschappelijk probleem in onze Westerse samenleving. Toch blijft tot op vandaag het inzicht in de ontstaansmechanismen van deze ziekten beperkt. Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS) is de derde meest voorkomende neurodegeneratieve aandoening na de ziekte van Alzheimer en Parkinson, en wordt gekenmerkt door progressief verlies van motorneuronen, de neuronen die signalen doorgeven aan de spieren die instaan voor beweging. De meerderheid van ALS patiënten heeft geen familiale voorgeschiedenis: slechts in 10 % van de gevallen hebben ook andere familieleden dezelfde aandoening. Voor 4 types familiale ALS zijn de mutaties of DNA-wijzigingen verantwoordelijk voor ALS gekend: het zijn mutaties in de genen die coderen voor superoxide dismutase 1 (SOD1), als in, senataxine en vesicle-associated membrane protein B.

Er bestaan verschillende hypothesen omtrent het ontstaansmechanisme van ALS, en er zijn al meer dan 10 jaar muismodellen beschikbaar met een mutatie in het SOD1-gen, één van de genen die een oorzakelijk verband vertonen met ALS. Desondanks blijft het moleculaire mechanisme dat aan de basis ligt van de selectieve degeneratie van de motorneuronen een mysterie. Bovendien is ALS nog steeds ongeneeslijk en het enige geneesmiddel met bewezen werkzaamheid (Rilutek®) geeft slechts een levensverlenging van 3 maanden. Er is dus een dringende nood aan een beter inzicht in het ontstaansmechanisme van ALS, alsook aan nieuwe en betere geneesmiddelen voor de behandeling van deze ziekte.

Senataxine ligt aan de basis van familiale ALS

Een gen dat pas heel recent geassocieerd werd met ALS, is het senataxinegen. In dit gen werden 3 mutaties ontdekt die aanleiding geven tot ALS4, een vorm van ALS die bij jonge mensen optreedt (juveniele ALS). Opmerkelijk is het feit dat 18 andere mutaties in het senataxinegen aanleiding geven tot een andere neurodegeneratieve aandoening, namelijk ataxie-oculaire-apraxie type 2 (AOA2). Ataxie wordt gekenmerkt door ernstige motorische coördinatiestoornissen ten gevolge van het afsterven van zenuwcellen in de kleine hersenen. Bij AOA2 wordt het ziektebeeld verder nog bepaald door het slecht functioneren van motorische - en gevoelszenuwen. Alhoewel bij ALS en ataxie hetzelfde gen blijkt aangetast, zijn er toch verschillen in het genproduct: ataxie wordt waarschijnlijk veroorzaakt wordt door een functieverlies van senataxine, terwijl bij ALS4 de mutaties waarschijnlijk aanleiding geven tot een senataxine eiwit met een nieuwe of bijkomende functie of tot de productie van een ‘dominant negatieve vorm’ van senataxine. Dit laatste betekent dat het mutante senataxine eiwit de functie van het normale senataxine eiwit gaat blokkeren. Hoe dan ook, tot op vandaag blijft het gissen naar de precieze cellulaire functies van dit senataxine eiwit, mede door het feit dat de hierboven beschreven mutaties in het senataxinegen slechts zeer recent werden ontdekt. Om diezelfde reden zijn er ook nog geen diermodellen van ALS4 en AOA2 beschikbaar.

Waarom de fruitvlieg?

De kleine fruitvlieg Drosophila melanogaster is een ideaal organisme om genetische modellen van humane neurodegeneratieve ziekten te maken. Zo werden er reeds Drosophila modellen van de ziekten van Parkinson, Alzheimer en 'polyglutamine repeat diseases' gegenereerd. De diertjes vertoonden elk een aantal typische kenmerken van de overeenkomstige menselijke neurodegeneratieve aandoeningen. Deze Drosophila modellen kunnen niet alleen gebruikt worden om de moleculaire ontstaansmechanismen van neurodegeneratieve aandoeningen te ontrafelen, maar ook om genen op te sporen die het ziekteproces mee beïnvloeden en bijgevolg als mogelijk therapeutisch aangrijpingspunt kunnen dienen, de zogenaamde 'modifier genes'. Tenslotte kan een dergelijk Drosophila model ook gebruikt worden bij het screenen naar geneesmiddelen voor neurodegeneratieve aandoeningen.

In ons onderzoeksproject gebruiken wij Drosophila melanogaster als model voor ALS en ataxie omdat de fruitvlieg het meest geschikte modelorganisme is om genen op te sporen die het ziekteproces beïnvloeden, iets wat praktisch niet haalbaar is met andere proefdieren zoals muizen.

Drosophila modellen van ALS en AOA2

We willen Drosophila modellen genereren voor senataxine-geassocieerde syndromen, met name ALS4 en AOA2. We zullen nagaan of deze modellen progressieve (motor)neurondegeneratie vertonen. Deze fruitvliegmodellen zullen ons toelaten om het moleculaire ontstaansmechanisme van (motor)neurondegeneratie in detail te bestuderen en om genen op te sporen die het ziekteproces beïnvloeden. Sterke 'modifier genes' zullen verder onderzocht worden in muizen.

Een Drosophila model van ALS4

Juveniele ALS (ALS4) wordt veroorzaakt door mutaties in senataxine. Wij willen dit ziektebeeld in de fruitvlieg modelleren door de mutante menselijke senataxine eiwitten die aanleiding geven tot ALS4 tot expressie te brengen in specifieke weefsels van de fruitvlieg.

In een eerste stap brengen we de mutante menselijke senataxine genen tot overexpressie in zenuwcellen. De zenuwcellen zullen dan verhoogde dosissen van het eiwit aanmaken. Vervolgens wordt er nagegaan of dit resulteert in een duidelijk resultaat of fenotype. Indien expressie van mutant senataxine in zenuwcellen geen fenotype geeft, zal expressie in alle celtypes bekeken worden. Indien expressie van mutant senataxine in zenuwcellen echter wel een fenotype geeft zal verdere selectiviteit voor motorneuronen getest worden door gebruik te maken van meer selectieve expressie in motorneuronen.

Uiteraard zullen we, wanneer het fenotype te sterk is (bv. afsterven van de embryo's), en er geen verdere analyse meer mogelijk is, de expressie bijsturen en ‘conditionele’ expressiesystemen gebruiken. Hiermee kan het mutant senataxine op een gewenst tijdstip (bv. in volwassen vliegen) en in een specifiek weefsel (bv. in motorneuronen) tot expressie gebracht worden.

Een Drosophila model van AOA2

AOA2 wordt zeer waarschijnlijk veroorzaakt wordt door functieverlies van senataxine. We zullen daarom trachten een Drosophila model van AOA2 te genereren door het Drosophila senataxinegen te inactiveren:dit geeft aanleiding tot functieverlies van Drosophila senataxine.

Karakterisering van de ALS4 en AOA2 Drosophila modellen

Neurodegeneratieve fenotypes zullen opgespoord worden door de levensduur en het gedrag (loop-, klim- en vliegcapaciteiten) van de vliegjes te analyseren, samen met standaard histologische en immunohistochemische technieken en electrofysiologie. Bij het vaststellen van neurodegeneratie zal worden nagegaan of deze tijdsafhankelijk en progressief is, dit door analyse van Drosophila op verschillende tijdspunten/leeftijden.

Indien we erin slagen om een representatief model van ALS en/of AOA2 te genereren, zal dit model gebruikt worden voor onze zoektocht naar genen die het ziekteproces beïnvloeden (‘modifier genes’). Bovendien zal dan ook een transgeen muismodel van ALS en/of AOA2 gegenereerd worden in samenwerking met prof Peter Carmeliet. Deze muismodellen zullen ons in staat stellen om de genen die we oppikken bij de vliegjes verder te onderzoeken in de muis.

Toekomstperspectieven

Voor het modelleren van humane neurodegeneratieve aandoeningen in Drosophila zullen we ons niet beperken tot mutaties in het senataxine gen. In de nabije toekomst zullen ongetwijfeld nieuwe mutaties in menselijke patiënten ontdekt worden die aanleiding geven tot ALS of tot andere neurodegeneratieve aandoeningen. Ook voor deze nieuwe genen zullen we proberen een Drosophila model te creëren door gebruik te maken van gelijkaardige strategieën zoals hierboven beschreven. Verder verwachten we door het genetisch werk in Drosophila nieuwe kandidaat-ziektegenen te identificeren. Telkens zullen kandidaat-ziektegenen verder onderzocht worden in muismodellen of door mutatiedetectie in menselijke patiënten.

Wij geloven sterk in de kracht van deze 'modifier' screens omwille van hun onbevooroordeeld karakter en wij denken dat deze benaderingswijze een substantiële bijdrage kan leveren tot het ontrafelen van het ontstaansmechanisme van humane neurodegeneratieve aandoeningen, alsook tot de identificatie van therapeutische doelwitten.