Een RNA-molecuul dat wordt gecodeerd door enkelstrengs-DNA (afb: WikiMedia Commons)

Wetenschappers van de universiteit van Texas in Austin hebben een genbewerkingsmethode ontwikkeld met behulp van stukjes bacterie-DNA, retronen genaamd, die verschillende mutaties tegelijk kunnen corrigeren. Andere genoombewerkings-technieken zouden dat in feite stuk voor stuk moeten doen. Deze retrontechniek kan grote defecte DNA-regio’s tegelijkertijd repareren wat ‘handig’ is bij ziektes die afhankelijk zijn van erfelijke afwijkingen op diverse genen zoals de taaislijmziekte.
Sommige erfelijke ziekten, waaronder cystische fibrose (taaislijmziekte), bloederziekte en de ziekte van Tay-Sachs, worden veroozaakt door meerdere genetische mutaties in iemands DNA. Zelfs twee personen met dezelfde aandoening kunnen verschillende mutaties hebben. Vanwege deze complexiteit is het extreem moeilijk geweest om gentherapieën te ontwikkelen die breed werken voor alle patiënten met dergelijke, genetisch gezien, complexe ziektes.
Onderzoekers van de universiteit van Texas in Austin hebben een preciezere en efficiëntere genbewerkingsmethode ontwikkeld die meer dan een ziekteverwekkende mutatie tegelijk in zoogdiercellen kan corrigeren. De techniek is met succes op mutaties uitgeprobeerd bij embryo’s van zebravisjes met scoliose (verkromming van de wervelkolom).

Deze nieuwe aanpak is gebaseerd op retronen, genetische elementen die in bacteriën voorkomen en die die organismen helpen zich te verdedigen tegen virale besmettingen. Retronen produceren enkelstrengs DNA (ssDNA) en dat maakt ze geschikt voor genoombewerking. Dit ssDNA kan dienen als donorsjabloon voor genoombewerking, bijvoorbeeld in recombinatie- en CRISPR-systemen. Onderzoekers hebben nu voor het eerst retronen gebruikt om een ​​ziekteverwekkende mutaties bij gewervelde dieren te corrigeren.

“Veel van de bestaande genbewerkingsmethoden beperken zich tot één of twee mutaties, waardoor veel mensen daar niet van kunnen profiteren”, zegt Jesse Buffington, promovendus aan de UT. “Mijn hoop, en wat mij drijft, is een genbewerkingstechnologie te ontwikkelen die veel breder bruikbaar is voor mensen met mogelijk meer ziekteverwekkende mutaties en dat het gebruik van retronen die techniek kan uitbreiden naar een veel bredere patiëntenpopulatie.”

Het retron-gebaseerde systeem kan lange stukken defect DNA vervangen door gezond DNA. Dit betekent dat één retron’pakket’ potentieel meer dan een mutatie binnen hetzelfde stuk DNA kan corrigeren, in plaats van zich op één specifiek defect te richten.
“We willen gentherapie democratiseren door kant-en-klare tools te creëren die een grote groep patiënten in één keer kunnen genezen”, zegt promotor Ilya Finkelstein. “Dat zou de ontwikkeling financieel aantrekkelijker moeten maken en vanuit regelgevingsoogpunt veel eenvoudiger, omdat je maar één goedkeuring van de autoriteitenu nodig hebt.”

Retronen zijn wel al eerder gebruikt in zoogdiercellen, maar eerdere pogingen waren zeer inefficiënt en corrigeerden slechts een magere 1,5% van de doelcellen. De methode van de universiteit van Texas in Austin verbeterde deze efficiëntie aanzienlijk en repareerde met succes DNA in ongeveer 30% van de doelcellen. Onderzoekers denken dat ze dit aantal nog verder kunnen verhogen naarmate de techniek zich verder ontwikkelt.

Vetbolletjes als ‘bezorger’

Een ander belangrijk voordeel is dat het retronsysteem in cellen kan worden afgeleverd als RNA, ingesloten in een lipidennanodeeltje (vetbolletje). Deze nanodeeltjes zijn specifiek ontworpen om de afleveringsproblemen van veel genbewerkingssystemen te overwinnen.
De onderzoekers passen hun aanpak nu aan voor de behandeling van taaislijmziekte, een levensbedreigende aandoening die wordt veroorzaakt door mutaties in het CFTR-gen. Deze mutaties leiden tot dikke slijmophoping in de longen, wat resulteert in chronische infecties en longschade op lange termijn.

UT Austin ontving onlangs een subsidie ​​van Emily’s Entourage, een organisatie die zich inzet voor het vinden van behandelingen voor de ongeveer 10% van de mensen met CF die geen baat hebben bij de huidige therapieën. De onderzoekers beginnen met het vervangen van defecte delen van het CFTR-gen in laboratoriummodellen die CF-symptomen nabootsen en, later, in luchtwegcellen afkomstig van patiënten.
“Andere genbewerkingstechnologieën werken het beste met enkelvoudige mutaties en zijn duur om te optimaliseren, waardoor gentherapieën zich vaak richten op de meest voorkomende mutaties”, aldus Buffington. “Er zijn echter meer dan duizend mutaties die CF kunnen veroorzaken. Het is financieel niet haalbaar voor bedrijven om een ​​gentherapie te ontwikkelen voor, laten we zeggen, drie mensen. Met onze retron-gebaseerde aanpak kunnen we een hele defecte regio wegknippen en vervangen door een gezonde, wat een veel groter effect kan hebben voor veel meer mensen.”

Bron: Science Daily