Molly Shoichet (r) (afb: univ. van Toronto)

Onderzoeksters van, onder meer, de universiteit van Toronto hebben een natuurlijk, bacterieel enzym aangepast waarna het , in ieder geval in theorie, een gunstige uitwerking bleek te hebben op de hergroei van zenuwweefsel na beschadiging door een beroerte. De synthetische versie zou stabieler zijn als de natuurlijke en langer actief zijn.
Beroerte is een belangrijke oorzaak voor invaliditeit en ook een voorname doodsoorzaak. “Een van de grootste problemen van het genezingsproces is de vorming van het glialitteken”, zegt Molly Shoichet. Een glialitteken bestaat uit cellen en biomoleculen rond de beschadigde zenuw. Dat beschermt de zenuw tegen verdere schade, maar voorkomt ook het herstel.
Zo’n twintig jaar gelden ontdekten onderzoekers dat het enzym chondroïtinase ABC, dat wordt aangemaakt door de bacterie Proteus vulgaris, in staat is om sommige onderdelen van dat littekenweefsel te ontleden. Daardoor wordt de hergroei van de zenuwcellen bevorderd. Uit dierproeven bleek zelfs dat een deel van de verloren functionaliteit daarmee weer terugkomt.

Vooralsnog heeft dat alles niet veel opgeleverd, aangezien het enzym niet stabiel is op plaatsen waar onderzoekers het willen gebruiken. Shoichet: “Het is stabiel genoeg in de omgeving waarin die bacterie leeft, maar in het lichaam erg kwetsbaar. Het klontert samen waardoor het zijn activiteit verliest. Dat gebeurt sneller bij lichaamstemperatuur dan bij kamertemperatuur. Het is ook moeilijk om chondroïtinase ABC ter plekke te krijgen omdat het kan ontleden.”
Er is gepoogd de stabiliteit van het enzym te vergroten door het, onder meer, te omhullen met biocompatibele polymeren of te hangen aan nanodeeltjes om te voorkomen dat het klontert, maar dat leidde niet tot een oplossing voor de instabiliteit.

Stabiele versie

Shoichet en de haren zochten het in de verandering van de biochemische structuur. “Net als elk eiwit bestaat chondroïtinase ABC uit een reeks aminozuren. Wij gebruikten informatische scheikunde om in te schatten wat het effect is van uit verwisselen van een aantal aminozuren op de stabiliteit, terwijl we de werking van het enzym verbeterden.” Haar medeonderzoeker Matthew O’Meara geeft toe dat dat een belachelijk idee is. “Een enkele foute mutatie kan je hele structuur verzieken. Er zijn in dat enzym meer dan duizend bindingen (tussen aminozuren, neem ik aan; as) en voor elke binding kun je uit twintig (essentiële; as) aminozuren kiezen. Dat geeft te veel vrijheidsgraden om te simuleren.”

Om de algoritmische zoektocht wat minder ingewikkeld te maken gebruikten de onderzoeksters alleen combinaties die ook in organismen voorkomen. Die zogeheten consensusaanpak levert mutante vormen op van het enzym die in de natuur niet bestaan, maar wel zouden kunnen bestaan. Uiteindelijk rolden er drie veelbelovende kandidaten uit de computer. Die werden gesynthetiseerd en in het lab getest. Het drietal was stabieler dan het oorspronkelijk enzym, maar een daarvan met 37 substituties, was zowel in werking als stabiliteit de beste.
“Het natuurlijke chondroïtinase ABC verliest de meeste activiteit binnen 24 uur”, zegt medeonderzoekster Marian Hettiaratchi. “Ons aangepaste enzym werkt zeven dagen lang. Dat is het grote verschil. Dat verbeterde enzym zou effectiever moeten zijn in het afbreken van glialittekenweefsel dat de versie die normaal gesproken wordt gebruikt in onderzoek.”

De volgende stap is dat aangepaste enzym te gebruiken in proeven die eerder met de natuurlijke versie zijn gedaan. Het opmerkelijke is dat de onderzoeksters dat niet hebben bekeken. Shoichet: “Toen we begonnen werd ons gezegd dat het zoeken is naar een speld in een hooiberg. Nu we die speld hebben gevonden moeten we uitzoeken wat die kan betekenen voor therapie, alleen of in combinatie met andere strategieën.”

Bron: Science Daily