Belangrijke doorbraak in het begrijpen van Amyotrofische Laterale Sclerose

29-04-2011

Onderzoekers van Brandeis hebben een betekenisvolle vooruitgang gemaakt in de inspanningen om Amyotrofische Laterale Sclerose te begrijpen door het omkeren van de toxiciteit van het gemuteerde eiwit in de familiale vorm van de ziekte.

Op dit moment bestaat er geen genezing van of preventie voor de ziekte, die de zenuwcellen in de hersenen en het ruggenmerg aantast. ALS veroorzaakt de dood door het verhinderen van de ademhaling in drie tot vijf jaren na de aanvang. De enige goedgekeurde medicatie, Riluzole, kan de levensduur van sommige patiënten met drie maanden verlengen.

In een studie die op dinsdag 26 april gepubliceerd werd in PLoS Biology, meldt het Pestko/Ringe laboratorium succes in het afblokken van dodelijke invloeden op het gen door het inbrengen van verschillende menselijke genen in een gistcel die een groot aantal gelijkaardige eigenschappen vertoont als de eiwitten die de ziekte veroorzaken.

Voor veel van de 10 procent van de ALS gevallen die familaal van oorsprong zijn werden genen geïdentificeerd. Mensen die een van die gemuteerde genen dragen lopen een hoog risico om de ziekte te ontwikkelen. Omdat een aantal van die genen mogelijk ook mutaties bevatten die het risico voor gewone, niet familiale, ALS veroorzaken, kreeg FUS/TLS, een van die genen de volle aandacht van Pesko/Ringe.

 “We begonnen te werken aan dit project toen we vernamen dat mutaties van het FUS/TLS gen aan familiale ALS gelinkt werden door het team van onze medewerker Dr. Robert Brown van de University of Massachusetts medical school. “ zegt Shulin Ju, postdoctoraal onderzoeker en eerste auteur van de studie. De samenwerkingsverband bevatte ook leden van het Whitehead Institute voor Biomedisch Onderzoek, MIT Harvard University, University of Rochester en de University of Pennsylvania.

Een gedeelte van de biologische en chemische inhoud achter dit onderzoek is het volgende: Postmortem onderzoek van een aantal ALS slachtoffers toont aan dat de afstervende neuronen klonters FUS/TLS eiwit bevatten. Gregory A. Petsko, professor in de chemie en de biochemie zegt daarover dat de plaats van die geconcentreerde aanwezigheden zeer interessant is. [Noot van de vertaler : De tekst bevat de term ‘inclusions’ de vertaling zou dan kunnen zijn inclusies of insluitingen maar daardoor wordt niet de aard van die insluitingen verduidelijkt. Daarom koos ik voor geconcentreerde aanwezigheden en bedoel ik geconcentreerde aanwezigheden van klonters FUS/TLS eiwit in de afstervende neuronen.

“In normale toestand bevindt dit eiwit zich in de kern van de cel, op de plaats waar de chromosomen zijn”, zegt Petsko. “Bij deze ziekte lijkt het er op dat er een verplaatsing is van de kern naar het grootste gedeelte van de cel, namelijk het cytoplasma. En dat is waar die geconcentreerde aanwezigheden gevormd worden die met de ziekte worden geassocieerd.”

Het team van Petsko en Ringe wilde dit proces bestuderen in een organisme waarop zij gesofisticeerde genetische testen en gedetailleerde biochemische experimenten konden uitvoeren. Dergelijke onderzoeken kunnen niet uitgevoerd worden in menselijke cellen, daarom verkozen zij gist.

 “Misschien lijkt het wel gek om gistexperimenten uit te voeren in het onderzoek naar een menselijke neurologische ziekte, want gist heeft geen hersenen of geen ruggenmerg of zelfs geen neuronen,” zegt Petsko. “Maar een gistcel is niet zo veel verschillend van een typische menselijke cel.”

Het team voegde een FUS/TLS eiwit toe aan een gistcel in de hoop dat dit to eenzelfde observatie zou leiden dan die van een mutant eiwit in een menselijke cel. Wanneer dat inderdaad zo ook gebeurde, zegt Petsko, grepen er twee merkwaardige dingen plaats.

 “Ten eerste was het menselijk eiwit niet aanwezig in de kern, maar verhuisde het naar het cytoplasma van de cel, net zoals dat het geval was bij de menselijke ziekte. En ook daar vormde het geconcentreerde aanwezigheden,” zegt Petsko. “Ten tweede werd vastgesteld dat het proces de gistcel vernietigde, waardoor die gistcel dus een tamelijk getrouwe nabootsing vertoonde van een aantal kenmerken van de menselijke ziekte die veroorzaakt wordt door mutaties van het gekende gen.”

De volgende stap was het achterhalen welk gedeelte van het eiwit noodzakelijk was om de positie in de kern vast te houden en welk gedeelte noodzakelijk was voor de verschuiving naar het cytoplasma.

Daarna stelde Petsko zich deze vraag, “Stel dat wij beginnen met het weghalen van delen van het eiwit, zouden wij dan het eiwit kunnen dwingen om permanent in het cytoplasma of permanent in de kern aanwezig te zijn?”

Toen zij het gistexperiment uitvoerden stelden zij vast dat het gedeelte van het gen waar de ziekte veroorzakende mutaties optreden het gedeelte was dat instaat voor het vasthouden van het gen in de kern; na mutatie van dat gedeelte verlaat het gen de kern en verplaatst zich naar het cytoplasma.

 “Wij willen het vasthouden in de kern, maar dat gaat niet gemakkelijk met het gemuteerde eiwit omdat het gedeelte dat instaat voor het vasthouden ervan in de kern vernietigd geworden is. Daarom ook treedt de ziekte op,” Zegt Petsko.

Toen stelden zij zich de volgende vraag : ‘Kunnen wij de gistcellen verhinderen om gedood te worden door dit eiwit door middel van het binnenin plaatsen van een welbepaald ander eiwit.’ Met andere woorden, stelde Petsko, konden wij een eiwit vinden dat de cel zou kunnen redden van de toxiciteit van FUS/TLS?

Door middel van een reeks genetische experimenten die beschreven worden in de studie waren de onderzoekers in staat om verschillende menselijke genen te identificeren. Wanneer die menselijke genen samen met het FUS/TLS gen ingebracht werden in een gistcel bleek dat het FUS/TLS eiwit niet langer meer toxisch inwerkte op dat gist. Degistcel kon overleven.

 “Toen stonden we voor de verrassing van ons leven,” stelt Petsko. “Wanneer wij die cellen bekeken, was het FUS/TLS eiwit nog steeds in het cytoplasma, en vormde het nog steeds aanwezige concentraties. Met andere woorden, wij waren in staat om de toxiciteit van het eiwit te verhinderen zonder het te moeten terugsturen naar de kern.”

Dit bracht aan het licht dat het vormen van geconcentreerde aanwezigheden en het aanwezig zijn in het cytoplasma niet noodzakelijk toxisch hoeft te zijn op voorwaarde dat het reddende eiwit dat zij ontdekten hadden toegevoegd werd.

Petsko zegt dat het team daardoor heel enthousiast werd omdat er daardoor een grote stap werd gezet. Want indien je datzelfde kan doen met dat uitdrukkingsproces met een ander menselijk gen, is de kans groot dat je ook het identieke kan doen met een te fabriceren geneesmiddel.

 

Bron: Brandeis University

Share