Onderzoekers maken ‘expressieknop’ voor genen

Een op CRISPR gebaseerde 'expressieknop'

Cellen in dat deel van de rattenhersens dat wordt gezien als het beloningscentrum (nucleus accumbens). Groen zijn de cellen die een bepaald eiwitten aanmaken, rood de cellen die het gids-RNA produceren en blauw die met het met het virus meegestuurde DNA hebben aangemaakt, ten teken dat de ‘machine’ heeft gewerkt (afb: UAB)

Het is hier al vaker gesteld dat de epigenetische toestand in een cel een cel maakt tot wat ie is: een levercel, botcel, vetcel of nog een van de honderden verschillende celtypen in ons lichaam. De regeling van de genexpressie (welk gen is hoe actief) is dan ook een aardig middel om erachter te komen hoe cellen werken en het lijkt er op dat onderzoekers van de universiteit van Alabama in het Amerikaanse Birmingham zo’n ‘expressieknop’ hebben gevonden, waarmee ze de expressie in hersencelkweken maar ook in de hersencellen van levende ratten kunnen veranderen. Met de expressieknop kan de activiteit van een enkel gen worden veranderd, maar ook van meer genen tegelijk. Opmerkelijk.
De onderzoekers presenteren de expressieknop vooral als onderzoeksmiddel in het hersenonderzoek waarbij je de rol van de diverse genen in hersencellen kunt bestuderen, maar ik stel me zo voor dat het toepassingsgebied veel groter is. Waarom alleen hersencellen en waarom geen therapeutische toepassingen? Maar goed, laten we het verhaal vertellen zoals ik het op maak uit het persbericht.
En verdomd als het niet waar is, maar ook hier komt de CRISPR-technologie weer om de hoek kijken. “Die techniek heeft nieuwe wegen geopend om de functie van genen te onderzoeken”, zegt onderzoeker Jeremy Day, “maar problemen die specifiek zijn voor neuronen hebben het gebruik van deze techniek in het centraal zenuwstelsel vertraagd. Nu demonstreren we een op CRISPR gebaseerd systeem dat de activiteit van genen en gensamenstellingen kan sturen in hersencelkweken van verschillende knaagdieren.” En van cellen in levende dieren, zoals verderop duidelijk wordt.
Met de vrij recente opkomst van de CRISPR-techniek, kwam er een middel beschikbaar om genen te bewerken maar ook de genexpressie. Daarmee is het ook mogelijk te bekijken welke invloed genexpressie heeft op het functioneren van de cel, maar tot nu toe was dat alleen mogelijk in celkweken. “Het lijkt triviaal, maar het is ontzettend moeilijk zo’n techniek ook in levende organismen te gebruiken”, zegt onderzoekster Erin Caspari van de Vanderbildtuniversiteit, die niet betrokken is geweest bij het onderzoek.

“Deze techniek voor in vivo-onderzoek betekent een revolutie waarmee verbanden kunnen worden gevonden tussen transcriptieregelaars en bepaalde genen in bepaalde hersendelen.” Hoe gedragen bepaalde genen of groepen genen zich in de verschillende hersendelen in levende dieren die wakker en bij bewustzijn zijn. “Dat geeft een niet eerder mogelijke inkijk in de rol van genexpressie op het gedrag. Begrip is de basis van behandeling van psychiatrische ziektes.”

Genexpressie

CRISPR/Cas9 wordt vaak, ook hier, de genschaar genoemd, maar er is ook een inactieve vorm, CRISPRa, die het DNA niet doorknipt maar de genexpressie veranderd met behulp van transcriptiefactoren. Day en de zijnen gebruikten zo’n systeem. Ze verpakten heel die machinerie in een (lenti)virus, die er voor zorgt dat het gereedschap in de celkern terecht komt en aan het werk kan gaan. Een meegestuurd gids-RNA moet de ‘expressieknop’ naar het juiste gen of de juiste genen brengen.
Het probleem is alleen dat promotors (deel van een gen) die bij andere cellen (dan hersencellen) gebruikt worden om de molecuulmachine te sturen dat niet doen in hersencellen.
Om dat probleem te omzeilen kozen de onderzoekers een neuronspecifieke promotor van het Synapsyn- oftewel SYN-gen om CRISPRa tot expressie te brengen in hersencellen. Vervolgens maakten ze gids-RNA voor diverse genen die coderen voor van alles en nog wat. Die hele machinerie veranderde duidelijk de expressie van de doelwitgenen in neuronen uit verschillende delen van de rattenhersens. Met meer dan een type gids-RNA kon de expressie van meer genen tegelijk worden veranderd.

De onderzoekers testten hun CRSPRa-systeem ook op een lastig geval, het uiterst complexe BDNF-gen. Dat heeft negen verschillende promotoren elk verantwoordelijk voor een andere neutrofine. Ze slaagden er in om elke promotor (en daarmee de expressie) afzonderlijk ‘aan te spreken’, zonder dat de expressie van de andere neutrofinen werd veranderd.

Volwassen ratten

Dat gebeurde allemaal in celkweken. Vervolgens werden de met CRISPRa-beladen lentivirussen operatief ingebracht op diverse plaatsen in de hersens van volwassen ratten aangebracht. “Ik denk dat we nog maar aan het begin staan van dit soort onderzoek waarbij inactieve Cas9-middelen zijn gekoppeld aan transcriptiefactoren” zegt Catherine Jensen Peña van het Princetoninstituut, die ook niet bij het onderzoek betrokken is geweest. “Dit opent grote mogelijkheden in hersenonderzoek, vooral op het gebied van de complexiteit van hersenfuncties en -aandoeningen.”

Bron: Science Daily

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.