Er wordt aangetoond dat twee genen, die familiale ALS veroorzaken, kunnen samenwerken.

01-10-2011

NEW YORK, NY

Hoewel er verschillende genen gekoppeld werden aan Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS), is het nog onbekend hoe zij deze progressieve neurodegeneratieve ziekte veroorzaken. In een nieuwe studie, hebben onderzoekers aan de Columbia University Medical Center (CUMC) aangetoond dat twee ALS-geassocieerde genen in tandem werken om de lange-termijn overleving van motorneuronen te ondersteunen. De bevindingen werden gepubliceerd in de online editie van het Journal of Clinical Investigation van 1 september.

"Elke therapie, gebaseerd op deze ontdekking, is waarschijnlijk nog ver weg. Niettemin is het een belangrijke stap in de goede richting om verscheidene delen, die bijdragen tot ALS, met elkaar te verbinden" zegt hoofdauteur Brian McCabe, PhD, assistent-professor pathologie en celbiologie in het Taub Instituut voor Onderzoek van de ziekte van Alzheimer en de ouder wordende hersenen en lid van het Centrum voor Motor Neuron Biologie en ziekte aan de Columbia University Medical Center (CUMC).

ALS is een progressieve ziekte die motorische zenuwcellen aantast, dit zijn gespecialiseerde zenuwcellen in het ruggenmerg en de hersenstam die van essentieel belang zijn voor het regelen van spierkracht en beweging. ALS begint meestal na de leeftijd van 50 jaar en tast uiteindelijk iemands vermogen aan om te bewegen, spreken en te ademen. Zo'n 30.000 Amerikanen lijden momenteel aan ALS. Ongeveer 90 procent heeft een sporadische of niet-familiale vorm van de ziekte. De oorzaak van sporadische ALS is onbekend, maar waarschijnlijk gaat het om een combinatie van genetische en omgevingsfactoren. De overige 10 procent heeft een familiale vorm van ALS, die wordt veroorzaakt door een erfelijke genetische mutatie. Er is geen behandeling voor ALS. De symptomen worden behandeld met medicatie, kinesitherapie en logopedie, hulpmiddelen, en nutritionele ondersteuning. Veel mensen met ALS sterven door respiratoire complicaties binnen de twee tot drie jaar na de diagnose.

In het huidige experiment, hebben de onderzoekers de rol onderzocht van twee recent ontdekte ALS genen, FUS / TLS en TDP-43. Beide genen zijn betrokken bij de verwerking van messenger RNA's, die de genetische codes bevatten om bepaalde eiwitten te maken. "De twee genen maken eiwitten met een vergelijkbare vorm en functie, waarvan men uitgaat dat ze samen kunnen werken, en dat verstoringen van de beide genen de neuronale overleving zou beïnvloeden," zegt Dr McCabe. Een concurrerende opvatting was dat mutaties van deze genen, afwijkingen veroorzaken in hun respectievelijke eiwitten, die toxisch zijn voor motorneuronen onafhankelijk van hun normale functies.

Om te bepalen welk model correct is, hebben de onderzoekers zich tot de fruitvlieg (Drosophila melanogaster) gekeerd, die genen heeft die vergelijkbaar zijn met FUS / TLS en TDP-43 en die zich snel reproduceren, waardoor het een goed model voor genetische studies van ALS is. Voor de studie, creëerde Dr McCabe's team een groep vliegen met de mutant FUS / TLS, een groep vliegen met mutant TDP-43 was reeds ontwikkeld door een Italiaanse onderzoeksgroep.

In het eerste deel van de studie, vonden onderzoekers dat vliegen met mutant FUS / TLS een verminderde levensvatbaarheid hadden om volwassen te worden, een verminderde motorische snelheid en een verminderde levensduur, vergeleken met normale vliegen. De mutant vliegen werden gered (genormaliseerd), door het invoegen van normale menselijke FUS / TLS in hun genoom. De mutant vliegen werden niet gered met ALS mutant FUS / TLS van menselijke oorsprong. "Dit betekent dat het gen op dezelfde manier werkt bij vliegen als bij de mens," zegt Dr McCabe.

Vliegen met mutant TDP-43 toonden vergelijkbare tekorten in overleving, motoriek, en levensduur. Deze groep van vliegen werd geholpen door het inbrengen van normaal menselijk TDP-43.

Om te bepalen of de twee genen op elkaar inwerken, probeerde het team FUS / TLS of TDP-43 mutanten te redden door het forceren van een overexpressie van het andere gen. Overexpressie van FUS / TLS redde vliegen met TDP-43 mutaties, terwijl overexpressie van TDP-43 geen redding bracht voor vliegen met FUS / TLS mutaties. "Deze vondst toont aan dat FUS / TLS samenwerkt met TDP-43 in een gemeenschappelijk genetisch pad in neuronen."

Of deze bevindingen vertaald kunnen worden in therapie valt nog te bezien. "Maar men zou zich kunnen voorstellen dat als je een medicijn of gentherapie zou kunnen ontwikkelen dat FUS / TLS meer actief maakt, het zou kunnen helpen bij patiënten die TDP-43 mutaties hebben," zegt Dr McCabe.

"Onze resultaten tonen aan dat deze twee genen samenwerken in een familiaal ALS-model," voegt Dr McCabe toe. "Hoe ALS genen de ziekte veroorzaken, en of andere genen samenwerken, zijn grote vragen. De hoop is dat als we uiteindelijk kunnen begrijpen hoe alle ALS genen op elkaar inwerken, we kunnen uitzoeken hoe we kunnen ingrijpen."

Vertaling: Ghislain D'amour

Bron: ALS Association 

FUS en TDP-43 werken samen bij ALS en FTLD

Wetenschappers vinden dat FUS en TDP-43 deel uitmaken van hetzelfde genetisch pad

Een onderzoek gedaan met behulp van de fruitvlieg Drosophila melanogaster toonde aan dat twee genen gelinkt met ALS en met frontotemporale lobaire degeneratie (FTLD) deel uitmaken van hetzelfde genetisch pad.

In 2006, heeft een team van onderzoekers TDP-43 geïdentificeerd als een gen dat ALS zou kunnen koppelen aan een erfelijke vorm van dementie, bekend als frontotemporale lobaire degeneratie (FTLD). Een subgroep van patiënten met FTLD vertonen verschijnselen van de motor neuron ziekte, en sommige ALS patiënten hebben ook verschijnselen van dementie, vooraanstaande wetenschappers geloven dat de twee ziekten enkele genetische gemeenschappelijke delen hebben.

Drie jaar later, in 2009, hebben twee groepen, die deel uitmaken van een internationaal consortium, de ene geleid door P2ALS onderzoeker Robert H. Brown en de andere door de Britse wetenschapper Chris Shaw, een tweede gen mutatie geïdentificeerd, bij  zowel ALS en FTLD-patiënten. Zowel de FUS (staat voor " fused in sarcoma ") en de TDP-43 bereiken vergelijkbare functies in de cel: ze binden beide aan RNA en kunnen schakelen tussen de kern en het cytoplasma. Ook, gemuteerde versies van beide eiwitten hopen zich op in het cytoplasma en deze aggregaten werden gevonden in de degenererende neuronen van ALS patiënten.

Wat wetenschappers nodig hadden was erachter te komen hoe TDP-43 en FUS de  ziekte veroorzaken. Ze wisten dat de mutaties in deze twee genen ervoor zorgen dat de eiwitten giftig worden. Wat ze niet wisten was of deze toxiciteit werd veroorzaakt door ophoping van misvormde eiwitten, of dat een mutatie in één van de genen betekende dat de afwisseling van een cellulair pad cruciaal was voor het overleven van neuronen.

Een groep wetenschappers aan de Columbia University, geleid door twee P2ALS-gefinancierde onderzoekers, voerde een reeks experimenten uit om te testen hoe twee verschillende manieren TDP-43 en FUS ziekte kunnen veroorzaken. Zij publiceerden de resultaten in het Journal of Clinical Investigation op 1 september.

"Begrijpen hoe mutaties in FUS en TDP-43 ziekten veroorzaken zijn de sleutel tot het ontwikkelen van een therapie", zegt Brian McCabe, hoofdauteur van het recente document. "Als giftige accumulaties de ziekte veroorzaken dan zou het zinvol zijn om te proberen deze ophopingen te verstoren. Aan de andere kant, als het verlies van een proces dat FUS en TDP-43 vereist bijdraagt aan de ziekte, dan moeten we dit proces identificeren en begrijpen om positief te kunnen ingrijpen. "

Wat zij deden

McCabe en collega's gebruikten de fruitvlieg Drosophila melanogaster om hun vragen te helpen beantwoorden. Hoewel vliegen en mensen in hun evolutie voor miljoenen jaren aparte paden hebben nagestreefd, zijn FUS en TDP-43 zeer oude genen. Zowel mensen als Drosophila hebben zeer gelijkaardige exemplaren van beide genen, waardoor de fruitvlieg een goed model voor ons organisme is.

De onderzoekers verwijderden de normale versies van de Drosophila FUS en TDP-43 genen (respectievelijk genoemd Caz en TBPH). Vliegen zonder deze genen overleefden zelden tot de volwassenheid. De enkele vliegen die wel overleefden, toonden zichtbare gebreken zowel als een significant compromis in het vermogen om te lopen en klimmen - beide taken die de goede werking van motorische neuronen nodig hebben.

Om er zeker van te zijn dat  mutanten van Caz en TBPH de motorische stoornissen veroorzaakten,  hebben de onderzoekers geprobeerd om de vliegen te redden met de "normale" versies van het gen. De onderzoekers brachten ofwel het wild-type fly-gen (Caz en TBPH) of het wild-type van de menselijke versie van het gen (FUS en TDP-43) in het genoom van de mutant vliegen. Zowel het wild-type van vliegen en het wild-type van menselijke genen draaiden met succes de tekenen van de motor neuron schade bij de mutant vliegen om. In tegenstelling, vonden ze dat het inbrengen van kopieën van FUS, vergelijkbaar met die gevonden bij ALS en FTLD-patiënten, de vliegen niet konden redden, wat suggereert dat de mutatie in deze genen hun functie verstoort.

Zoeken naar een relatie

Deze resultaten toonden aan dat een mutatie in ofwel TDP-43 of FUS een motor neuron dysfunctie kon veroorzaken. Echter, de onderzoekers weten nog steeds niet of de twee genen deel uitmaakten van hetzelfde genetische pad, dat verstoord was door de mutaties. McCabe en zijn collega's hebben vervolgens geprobeerd om de mutant Caz vliegen te redden met het normale TBPH gen, en vice versa. Als de twee genen deel uitmaakten van hetzelfde pad, dan zou één gen kunnen compenseren voor een mutatie in het andere.

De onderzoekers vonden dat het normale Caz gen de TBPH mutant vliegen kon redden, hun motorische neuron dysfunctie kon verminderen, en hun levensduur kon verlengen. Echter, de toevoeging van een normale TBPH aan mutant Caz vliegen gaf niet dezelfde redding. Deze resultaten leidden de onderzoekers tot de conclusie dat Caz en TBPH, evenals FUS en TDP-43, deel uitmaakten van hetzelfde genetische pad. Ze kwamen verder tot de conclusie dat Caz en FUS onder lagen bij TBPH en TDP-43 in hetzelfde genetische pad. Ze toonden verder aan dat Caz en TBPH eiwitten zich eigenlijk aan elkaar binden in de neuronen van vliegen.

"Dit is een van de eerste keren, zo niet de eerste keer, dat werd aangetoond dat twee genen, die familiale ALS veroorzaken, samenwerken in een gemeenschappelijk proces. Verstoring van dat proces leidt uiteindelijk tot verlies van motorische neuronen en tot de ziekte ALS," zei McCabe .

Verder vooruit

Nu wetenschappers weten dat FUS en TDP-43 samenwerken in een gemeenschappelijk genetisch pad, kan het werk beginnen om het feitelijk pad en zijn andere componenten te identificeren. Naarmate er meer bekend wordt over welke aspecten van het genetisch pad worden verstoord door FUS en TDP-43 mutaties, kunnen onderzoekers beginnen met werken aan therapieën om de gebroken delen te herstellen.

Dit nieuwe inzicht en de mogelijkheden voor nieuwe therapieën zal niet alleen ALS-patiënten met tekenen van FTLD helpen, maar ook patiënten met sporadische ALS, die FUS en TDP-43 mutaties hebben.

"Onze hoop is om een duidelijker genetisch en biochemisch begrip te krijgen van wat er gebeurt bij ALS-patiënten. Door middel daarvan, zullen we in staat zijn om therapieën te ontwikkelen die deze gebreken kunnen verbeteren," aldus McCabe.

– Carrie Arnold

Vertaling: Ghislain D'amour

Bron: Packard Center

Share