De structuur van cytidinedeaminase (afb: WikiMedia Commons)

Onderzoekers van het Howard Hughesinstituut van de universiteit van Washington en de Harvarduniversiteit rond Joseph Mougous hebben het DNA van de mitochondriën in cellen bewerkt met een andere methode dan de CRISPR-techniek die wordt gebruikt voor het bewerken van het DNA in de celkern. Het zou voor het eerst zijn dat mitochondriaal DNA is bewerkt.

Mitochondriën worden vaak de krachtcentrales van de cel genoemd. Die celorgaaantjes hebben een eigen, kleine genoompje. Mutaties in het mitochondriale DNA kunnen leiden tot een aantal zeldzame en slecht begrepen ziektes. Tot nu toe hadden de onderzoekers niet de mogelijkheden die mutaties te herstellen. De nieuwe techniek is nog niet ver genoeg om toegepast te worden bij mensen, maar is wel al bruikbaar voor de bestudering van de mitochondriale ziektes. Volgens Vamsi Mootha van de Harvard-universiteit i de nieuwe technologie een grote stap voorwaarts.

Bacteriële oorlogsvoering

Studieleider Mougous was er niet op uit om een genbewerker te maken. Zijn lab bestudeert bacteriële krijgskunde; de vergiften die bacteriën gebruiken om andere bacteriën te bestrijden. Twee jaar geleden probeerde een onderzoeker in zijn lab, Marcos de Moraes, te begrijpen hoe die vergiften werkten. Hij kwam er achter dat het om het enzym cytidinedeaminase ging, een eiwit dat voor genetische veranderingen kan zorgen door een stikstofbevattend onderdeel van de nucleotiden, de bouwstenen van DNA en RNA, te verwijderen.
De meeste deaminases hebben het voorzien op enkelstrengig DNA en RNA (dat normaal altijd al enkelstrengig is). Het gevonden deaminase was eigenaardig. Het werkte op geen van de enkelstrengige kernzuren, tot de postdoc ging kijken of het iets met dubbelstrengig DNA deed. Mougous: “Dat kwam niet eens in ons op.” Volgens De Moraes ‘scheurde’ het enzym het DNA aan flarden. Overal waar het een letter van het DNA veranderde kwamen zwakke plekken. Dat was iets om te gebruiken als genoombewerker, was het idee.
Dat bracht Mougous er toe contact te zoeken met Mootha en David Liu van de Harvard-universiteit. Die laatste was al bezig de grenzen van de genoombewerkingstechniek te verschuiven.

Taaier

Die onderzoeken gingen allemaal over de bewerking van het DNA in de celkern, tot aan basebewerking aan toe (elke DNA-letter afzonderlijk). Het bewerken van het mitochondriale DNA bleek een stuk taaier te zijn. Bij de gebruikelijk CRISPR-techniek leidt een stukje gids-RNA het CRISPR-gereedschap naar de juiste plaats op het DNA. Het probleem was alleen hoe je dat gereedschap in de mitochondriën krijgt.
Dat vreemde deaminase zou een oplossing kunnen zijn. Dat heeft geen gids-RNA nodig, maar het is natuurlijk geen kant-en-klare genoombewerker. Als je dat zijn gang liet gaan dan vernielde het enzym het DNA overal waar het kan. Het idee was het beest te temmen zodat het alleen wijzigingen aanbrengt op de beoogde plek.
Liu’s oplossing was het enzym in tweeën te delen. Die twee delen deden niks tot ze verbonden werden. Ze combineerden dat halve enzym met eiwitten die op bepaalde delen van het DNA gericht zijn (en dus geen gids-RNA nodig hebben). Ter plekke op het DNA aangekomen werden de helften van het enzym weer verenigd. Op die manier werkt het enzym als precisieinstrument, stellen de onderzoekers.

Met die techniek brachten de onderzoekers was Liu’s lab precieze (en beoogde) veranderingen aan in het mitochondriale DNA. Vervolgens keek Mootha, die zich richt op de mitochondriën, of die veranderingen ook het beoogde effect hadden. Mootha: “Je zou met die bewerking ook een ramp kunnen veroorzaken, maar het was allemaal heel netjes.” Het mitochondrion met het aangepaste genoom functioneerde naar behoren behalve het deel dat de onderzoekers veranderd hadden.
Volgens Mougous is zo’n mitochondriale basebewerker pas het begin. Die kan elk van de vier DNA-letters door een andere vervangen. Hij hoopt meer deaminases te vinden die hij samen met Liu kan omzetten in DNA-bewerkers. Liu: “Een van de leukste dingen in dit onderzoek is dat de drie labs organisch zijn samengegroeid. Niet omdat iemand dat zei, maar omdat de wetenschap dat vroeg.”

Bron: EurekAlert