DNA-uitlezing met behulp van CRISPR en nanoporiën (afb: Max Planckinstituut)

Een groot deel van ons genoom bestaat uit herhalingen, wel honderden of duizenden keren. Die herhalingen zijn moeilijk te analyseren. Onderzoekers van het Max Planckinstituut voor moleculaire genetica in Berlijn  hebben nu een methode ontwikkeld om dit ‘duistere deel’ van het genoom te kunnen doorzoeken. Die methode is een combinatie van nanoporiegenoomuitlezing en de CRISPR/Cas-methode.

Die herhalingen op de verkeerde plaatsen in het DNA kunnen ernstige gevolgen hebben, zoveel was al duidelijk. Een voorbeeld daarvan is het fragiele x-syndroom. Vooralsnog zijn de DNA-delen die daar deel aan hebben nu nog onbetreden terrein. Franz-Jozef Müller en zijn medeonderzoekers zouden daar nu verandering in gaan brengen. Voor het eerst is nu de lengte van die herhalingen bepaald in cellen van patiënten.
Bij het fragiele x-syndroom komen die herhalingen voor in het FMR1-gen op het X-chromosoom. “De cel herkent die herhalingen en schakelt ze uit door ze te methyleren”, zegt Müller. Die kleine chemische veranderingen zouden een effect op de genactiviteit hebben. Ongelukkigerwijs wordt daarmee het hele gen uitgeschakeld. Dat gen is verantwoordelijk voor de hersenontwikkeling. Müller: “Zonder dat FMR1-gen zien we ernstige vertraging in de ontwikkeling die leidt tot verschillende gradaties van verstandelijke beperkingen of autisme.”

Vrouwen heb daar over het algemeen minder last van dan mannen, aangezien die herhalingen vaak beperkt zijn tot een gen (van de twee). Mannen hebben maar een X-chromosoom. Het fragiele x-syndroom is een van de dertig ziektes die worden veroorzaakt door DNA-herhalingen

Stamcellen

De onderzoekers bestudeerden het genoom van stamcellen die waren gevormd uit weefselcellen van patiënten. Ze bepaalden de lengte van de herhalingen en de epigenetische ‘handtekening’ (welke cellen zijn er wel/niet actief). Tot voor kort zou dat niet mogelijk zijn geweest. Ze ontdekten dat de lengte van die herhalingen aanzienlijk kan verschillen, zelfs tussen cellen van dezelfde patiënt.
De onderzoekers probeerden hun onderzoeksmethode ook uit op cellen van patiënten met extra herhalingen in een van de C9orf72-gen. Die mutatie veroorzaakt ziekten als frontotemporale dementie en amyotrofe laterale sclerose (ALS).

“Conventionele methoden zijn beperkt als het gaat om extreme DNA-herhalingen”, zegt medeonderzoeker Björn Brändl. Bij de nanoporietechnologie wordt het DNA-atoom door kleine gaatjes in een siliciumplaatje getrokken. Met behulp van elektrisch geladen deeltjes wordt bepaald welk nucleotide zo’n gaatje passeert. Een computer berekent uiteindelijk dan de basevolgorde. Dat gebeurt dan met het hele genoom.

Müller en de zijnen gebruikten de CRISPR-methode om zich te beperken tot een bepaald deel van het DNA (in dit geval dus de herhalingen). Met de genschaar Cas9 worden vervolgens de betreffende stukjes DNA er uit geknipt en daarnavia de nanoporiën uitgelezen. Met een speciaal programma worden de herhalingen dan geteld.
Müller: “Met CRISPR en onze algoritmes kunnen we dat deel van het DNA nauwkeurig doorzoeken, vooral die delen die moeilijk te analyseren zijn met conventionele methodes. Zo kan iedere onderzoeker het duistere deel van het DNA bestuderen.”
Hij ziet veel mogelijkheden voor fundamenteel onderzoek met deze methode. “Er is bewijs dat de herhalingen groeien tijdens de ontwikkeling van het zenuwstelsel en we willen er eens beter naar kijken.” Hij ziet ook mogelijkheden voor de techniek in de diagnostiek. “We zijn in de buurt van klinische toepassing.”

Bron: EurekAlert