Het mechanisme in humane cellen ontcijferen met CRISPR-Cas9 techniek

Bron: Kom op tegen Kanker

Genetische ziekten worden vaak gekenmerkt door fouten in het erfelijke materiaal van de mens, ons DNA. Deze fout of mutatie in de genetische code zal overgenomen worden in het boodschapper RNA en zal zich ook doorzetten in het eiwit dat vertaald wordt van dat RNA. Dit is het geval in myeloproliferatieve aandoeningen. Bij dit soort bloedkankers worden er te veel myeloide cellen geproduceerd en is er een sterkt verhoogd risico tot ontwikkeling van leukemie.

Deze overproductie van cellen wordt veroorzaakt door een mutatie in het JAK2 gen die voorkomt in het overgrote deel van patiënten. De mutatie zorgt ervoor dat één aminozuur bouwsteen van het JAK2 eiwit veranderd wordt, waardoor JAK2 continu en ongecontroleerd geactiveerd is en dat de cellen ongecontroleerd zullen vermenigvuldigen. Momenteel worden patiënten behandeld met medicijnen die de activiteit van het eiwit trachten te stoppen. Jammer genoeg zijn huidige medicijnen niet in staat patiënten te genezen.

Dankzij de beurs van Fonds Wetenschappelijk Onderzoek (FWO) en Kom op tegen Kanker (KOTK) krijgt PhD student Xander Janssens (Laboratorium voor Ziektemechanismen in Kanker, KU Leuven) de mogelijkheid om de oorzaak hiervan te onderzoeken.

Recent hebben zij aanwijzingen gevonden dat, naast de rechtstreekse aminozuurverandering, de mutatie in het JAK2 gen ook een invloed heeft op het niveau van het RNA zelf. In gezonde cellen (Figuur 1, bovenste deel) bevat het JAK2 RNA een specifiek signaal dat ervoor zorgt dat de machinerie die de boodschap vanaf het RNA uitleest, en omzet naar eiwit, dat soms met opzet niet op de juiste manier zal doen. Door de foutieve vertaling van het RNA zal het JAK2 eiwit niet de juiste aminozuurvolgorde krijgen en de kwaliteitscontrole in de cel zal ervoor zorgen dat het RNA en eiwit vroegtijdig wordt afgebroken. Dit mechanisme heeft als doel om de hoeveelheid JAK2 eiwit in een gezonde cel te beperken tot een laag, constant niveau.

Echter wordt het signaal dat dit mogelijk maakt ook potentieel verstoord door de JAK2 mutatie in cellen van patiënten met myeloproliferatieve aandoeningen (Figuur 1, onderste deel). Hierdoor zal de boodschap van het RNA wél correct vertaald worden, met een hoge dosis JAK2 eiwit tot gevolg. De hogere dosis eiwit in combinatie met de activerende aminozuurverandering ligt potentieel aan de basis van resistentie tegen de huidige medicijnen.

Figuur 1: Weergave van de hypothese m.b.t. de impact van de JAK2 mutatie op RNA-niveau.

Het voorgestelde mechanisme is goed gekend in virussen, maar is nog niet beschreven in de context van humane ziekten. Met behulp van de Nobelprijs winnende CRISPR-Cas9 techniek (Figuur 2) zal dit project als eerste trachten om het mechanisme in humane cellen te ontcijferen. Het karakteriseren van dit mechanisme in humane cellen is van groot belang voor het ontwikkelen van nieuwe therapieën voor patiënten met myleoproliferatieve aandoeningen. Verder zal het een fundament vormen voor latere studies in andere veelbelovende kankergenen en verbreedt het de beknopte kennis over de onderschatte impact van mutaties op RNA-niveau.

Figuur 2: Schematische weergave van het werkingsprincipe van CRISPR-Cas9. Dit systeem kan gezien worden als een moleculaire schaar die met behulp van een gids-molecule (sgRNA) heel gericht een stukje DNA in de cel kan herkennen en knippen (m.b.v. RuvC en HNH). Eens het DNA geknipt is zal de cel dit terug willen herstellen. Hiervoor heeft het ‘homology directed repair’ mechanisme een sjabloon/donor nodig om het DNA terug ‘na te kunnen maken’. Wanneer het sjabloon de gewenste mutatie bevat, zal de cel deze mutatie overnemen in zijn eigen DNA bij het herstellen van het geknipte DNA.