Verdachte genen bij sporadische ALS

Stanford wetenschappers identificeren verdachte genen bij sporadische ALS

STANFORD, Californië - onderzoekers van de Stanford University School of Medicine hebben mutaties geïdentificeerd, in verschillende nieuwe genen, die kunnen geassocieerd worden met de ontwikkeling van spontaan voorkomende gevallen van de neurodegeneratieve ziekte bekend als Amyotrofische Laterale Sclerose of ALS. Deze progressieve, fatale ziekte, waarbij de motor neuronen, ter controle van beweging en ademhaling, geleidelijk disfunctioneren, kent geen genezing.

Hoewel onderzoekers sommige mutaties geassocieerd met erfelijke vormen van ALS kennen, hebben de meeste patiënten geen familiale voorgeschiedenis van de ziekte, en zijn er maar weinig aanwijzingen over de oorzaak. Ze vergeleken de DNA sequenties van 47 patiënten met de spontane vorm van de ziekte, gekend als sporadische ALS, met die van hun gezonde ouders. Het doel was het identificeren van nieuwe mutaties aanwezig in de patiënt maar niet in één van beide ouders, welke eventueel zouden leiden tot de ontwikkeling van de ziekte.

Diverse verdachten zijn mutaties in de genen van de chromatine regulatoren – die coderen voor cellulaire eiwitten die bepalen hoe DNA in de celkern verstrengeld is en hoe deze wordt aangesproken als genen worden uitgedrukt. Van eiwitonderdelen van één van deze chromatine-regulerende complexen werd onlangs aangetoond dat ze een rol spelen in de normale ontwikkeling en in sommige vormen van kanker.

"Hoe meer we weten over de genetische oorzaak van de aandoening, hoe meer inzicht we krijgen op mogelijke therapeutische doeleinden," zei Aaron Gitler, PhD, associate professor in genetica. "Tot nu toe hebben de onderzoekers vooral beroep gedaan op grote gezinnen met veel gevallen van erfelijke ALS en getracht de genetische locaties te achterhalen welke alleen bij patiënten blijken voor te komen.. Maar meer dan 90 procent van de ALS-gevallen zijn sporadisch, en veel van de betrokken genen in deze zijn onbekend.

Gitler is de senior auteur van de studie, die sinds 26 mei online staat in Nature Neuroscience. Zijn postdoctorale collega Alessandra Chesi, PhD, is de hoofdauteur.

Chesi en Gitler combineerden deductieve redenering met recente ontwikkelingen in sequence-technologie om het onderzoek uit te voeren dat afhing van de beschikbaarheid van genetische stalen, niet alleen van ALS-patiënten, maar ook van hun gezonde ouders. Het kan lastig zijn om zulke stalen te bekomen voor ziekten zoals sporadische ALS, dat vooral toeslaat bij volwassenen, waardoor de kans bestaat dat de ouders niet meer in leven zijn. Gitler en Chesi werkten samen met onderzoekers van de Emory Universiteit en de Johns Hopkins Universiteit om deze monsters te verzamelen.

De onderzoekers vergeleken de sequentie van een deel van het genoom, exoom genaamd, dat rechtstreeks bijdraagt aan de aminozuur sequentie van alle celeiwitten. (Vele genen bevatten tussenliggende, niet-eiwit-coderende gebieden van DNA, introns genoemd welke verwijderd worden alvorens de eiwitproductie start.) Mutaties die enkel gevonden werden in het exoom van de patiënt, en niet in dat van zijn of haar ouders, werden beschouwd als potentiële ziekte-geassocieerde mogelijkheden - vooral als zij de samenstelling of structuur van het resulterende eiwit van dat gen beïnvloedden.

Door alleen op het exoom te focussen, dat ongeveer 1 procent van de totale hoeveelheid DNA in elke menselijke cel is, vermindert de totale hoeveelheid DNA dat ontrafeld moet worden aanzienlijk en dit laat de onderzoekers toe om relatief hoge dekking (of herhaalde sequencing om de nauwkeurigheid te garanderen) van elk monster te bekomen.

“We wilden nieuwe wijzigingen bij patiënten vinden," zei Chesi. "Deze zijn een klasse van mutanten genaamd de novo mutaties, die waarschijnlijk ontstaan tijdens de ontwikkeling van de reproductieve cellen van de ouders." Hierdoor zouden deze mutaties in alle cellen van patiënten aanwezig zijn, maar niet in die van hun ouders of gezonde broers of zussen.

Met behulp van de exoom ontrafelingstechniek, hebben de onderzoekers 25 de novo mutaties bij ALS-patiënten geïdentificeerd. Van deze zijn er vijf aanwezig in de genen betrokken bij de regulering van de compacte DNA-vorm; chromatine genoemd - een proportie die veel hoger ligt dan door toeval zou verwacht worden, volgens Chesi.

Bovendien maakt één van de vijf chromatine regulerende eiwitten, het SS18L1, deel uit van een neuron-specifiek complex genaamd nBAF, welk al geruime tijd bestudeerd wordt in het Crabtree laboratorium. Dit complex is sterk aanwezig in de hersenen en het ruggenmerg, en beïnvloedt het vermogen van de neuronen om vertakkende structuren te vormen dendrieten genaamd, die essentieel zijn voor zenuw prikkeloverdracht.

"We kwamen tot de ontdekking dat, in een sporadisch ALS-geval, de laatste negen aminozuren van dit eiwit ontbraken," zei Gitler. "Ik wist dat Gerald Crabtree's lab onderzoek deed naar SS18L1, dus sprak ik hem erover aan. Blijkbaar hadden ze ook al vastgesteld dat deze aminozuren heel belangrijk zijn voor de werking van het eiwit.”

Nadat de onderzoekers de mutant SS18L1 in motor neuronen van muisembryo’s ingebracht hadden, bleken de neuronen niet in staat om sterke nieuwe dendrieten aan te maken zoals normale neuronen in reactie op prikkels doen. Ze toonden eveneens aan dat SS18L1 fysiek interactief is met een ander eiwit, dat betrokken is bij gevallen van familiale of erfelijke ALS.

Hoewel de resultaten boeiend zijn, zijn de onderzoekers er zich van bewust dat meer onderzoek vereist is om overtuigend te bewijzen hoe en wanneer mutaties in SS18L1 bijdragen tot sporadische gevallen van ALS. Maar nu hebben ze een idee van waar je moet zoeken bij andere patiënten, zonder dat het bestaan van patiënt en ouders trios vereist is. Ze zijn van plan om het SS18L1 en andere kandidaten te ontrafelen in een extra paar duizend sporadische ALS-gevallen.

"Het is de eerste systematische analyse van ALS-triades op de aanwezigheid van de novo mutaties," zei Chesi. "We hebben nu een lijst van kandidaat-genen die we kunnen volgen. Wij hebben niet bewezen dat deze mutaties ALS veroorzaken, maar we hebben aangetoond, tenminste in het kader van SS18L1, dat de mutatie, aanwezig bij sommige patiënten, schade toebrengt aan het eiwit en zodoende de mogelijkheid tot ontwikkelen van dendrieten door motor neuronen bij de muis aantast”

###

Andere Stanford co-auteurs zijn graduaat student Brett Staahl en postdoctoraal Ana Jovicic, PhD, Julien Couthouis, PhD, Alya Raphael, PhD, en Laura Elias, PhD.

De research werd gefinancierd door een National Institutes of Health Director's New Innovator Award (1DP2OD004417), de National Institutes of Health (1R01NS065317 and 5U01NS062713), het Department of Defense ALS Research Program, het Pew Charitable Trusts, de Rita Allen Foundation, het Packard Center for ALS Research in Johns Hopkins, de National Health and Medical Research Council van Australië and de Motor Neurone Disease Research Institute van Australië.

Informatie over Stanford's Department of Genetics, die dit werk steunde, is terug te vinden op http://genetics.stanford.edu/.

Vertaling: ALS Liga: Karla

Bron: EurekAlert!