Bin Lui (afb: univ. van Ohio)
Een nieuwe technologie zou het mogelijk maken om een groot DNA-segment in een genoom in te voegen, waardoor gentherapie mogelijk kan worden uitgebreid van het verwijderen van ziekteverwekkende mutaties naar het vervangen van een volledig gen, aldus wetenschappers. Volgens de onderzoekers is hun nieuwe aanpak voortgebouwd op de priembewerking door DNA in te voegen dat zich aan het genoom hecht via een reeks overlappende delen. Deze methode, die ze een priemassemblage-aanpak noemen, voorkomt het probleem van een dubbelstrengsbreuk in het donor-DNA die gevaarlijk kan zijn en het eind van de cellen kan betekenen.
“Met deze methode assembleren we een genoom in plaats van een kleine aanpassing in een gen te maken”, zegt Bin Liu, een van de hoofdauteurs van de studie en universitair docent biologische chemie en farmacologie aan het College of Medicine van de universiteit van Ohio. “Als we het genoom als een boek beschouwen, kunnen we een alinea verwijderen en vervangen door een nieuwe of zelfs een heel hoofdstuk herschrijven.”
Dit onderscheid is belangrijk. Sommige ziekten zijn het gevolg van honderden mutaties. Dat zou de ontwikkeling van een gentherapie honderden genaanpassingen vereisen die elk afzonderlijk door de federale overheid moeten worden goedgekeurd, aldus de onderzoeker. “Het grootste effect van deze technologie is dat we 1000 heterogene mutaties tegelijk kunnen corrigeren”, zegt Liu.
In de studie met zoogdiercellen tonen Liu en de hoofdauteurs van de Chanschool voor geneeskunde van de universiteit van Massachusetts aan dat de techniek een efficiënte invoeging mogelijk maakt van een DNA-segment met maximaal 11 000 basenparen.Dat zou maximaal 800 basenparen kunnen zijn met andere methoden die nu gebruikt worden.
Liu: “We probeerden de grenzen van de technologie op te zoeken om te zien hoe ver we konden gaan. Met onze methode willen we een universeel platform opzetten waarmee we een gezonde kopie van een gen rechtstreeks in een patiënt kunnen inbrengen, ongeacht welke mutatie die patiënt heeft.”
Elk gezond ‘donor’-DNA dat voor dit type therapie wordt gebruikt, kan in een laboratorium worden gemaakt. De onderzoekers gebruikten een, wat ze noemen, tweelingpriembewerkingsmethode om programmeerbare delen in het doel-DNA te genereren die de DNA-invoegiging in het genoom introduceren. De flappen complementeren de uiteinden van het donor-DNA, waardoor een dubbelstrengsbreuk wordt voorkomen. Deze invoeging veroorzaakt wel een enkelstrengsbreuk in het DNA, die volgens Liu minder gevaarlijk is voor een cel dan een dubbelstrengsbreuk. Tests die het rendement van de invoeging in zoogdiercelkweken evalueerden en visualiseerden, toonden de veelbelovende eigenschappen van de methode aan, zei hij.
Geen homoloog herstel nodig
De bewerkingsstappen maakten een reparatiemechanisme, homologe reparatie (recombinatie) genaamd, overbodig. Dit mechanisme is een belangrijk onderdeel van genbewerkingstechnieken waarbij DNA werd geknipt. Door deze reparatiestap, die plaatsvindt in actief delende cellen, uit te sluiten, kan de priemassemblagetechniek zowel enkel- als dubbelstrengsDNA-donoren gebruiken en als therapie worden ingezet in niet-delende cellen zoals neuronen en hartcellen.
“Eerdere toepassingen die afhankelijk waren van homologische reparatie werkten goed in cellen, maar in diermodellen is de efficiëntie vaak erg laag”, aldus Liu. “Daarom biedt onze methode een groot voordeel door gebruik te maken van priembewerking.”
Er is nog wel werk te doen zoals het bepalen van het beste transportmiddel voor het donor-DNA-segment en de bewerker, wellicht een lipidenanodeeltje of een adeno-achtig virus. Daarnaast is het de bedoeling om in het laboratorium van Liu en met medewerkers van het Gentherapie-instituut van de universiteit van Ohio de effectiviteit van de in vivo-bewerking te testen.
Bron: phys.org