In elke vrouwelijke cel zit een gen dat een compleet chromosoom het zwijgen oplegt. Anders zouden vrouwen een dubbele dosis van al hun X-genen krijgen. Onderzoekers van Harvard hebben dat mechanisme nu ingezet om het extra chromosoom 21 bij downsyndroom uit te schakelen in het lab.
Vrouwen hebben twee X-chromosomen, maar ze gebruiken er eigenlijk maar één. Het andere wordt vrijwel helemaal uitgeschakeld door een gen dat XIST heet. Dat gen produceert een lang RNA-molecuul dat zich als een soort deken over het chromosoom legt en het stillegt. Dit gebeurt in iedere vrouwelijke cel.
Als XIST een compleet X-chromosoom kan uitschakelen, zo denken onderzoekers al langer, kan het misschien ook dat extra chromosoom 21 bij mensen met downsyndroom het zwijgen opleggen. In 2013 toonden onderzoekers al aan dat het in principe kan werken. Maar het lukte maar heel slecht om het XIST-gen daadwerkelijk in het juiste chromosoom te krijgen. Minder dan 1 procent van de cellen nam het op. Dat is veel te weinig om er ooit iets mee te kunnen in een kliniek.
CRISPR opgetuigd
Onderzoekers verbonden aan Harvard zijn er nu in geslaagd om een aangepaste versie van CRISPR/Cas9 te ontwikkelen waarmee dit probleem kan worden opgelost.
Ten eerste werd een extra enzym aan het Cas9-eiwit geplakt. Dat enzym knaagt de uiteinden van doorgeknipt DNA een beetje weg. Daardoor ontstaan losse flapjes die makkelijker aan het nieuwe stuk DNA plakken.
Daarna gebruikten ze vier ‘geleidings’-moleculen: twee die het chromosoom op de juiste plek openknippen en twee die het donor-DNA (het stuk met XIST) op maat snijden. Zo passen de stukken beter op elkaar.
Vervolgens maakten ze gebruik van kleine natuurlijke variaties in het DNA (zogenoemde SNP’s) om specifiek één van de drie kopieën van chromosoom 21 te herkennen. Ten slotte bouwden ze een aan-uitschakelaar in, zodat XIST pas actief wordt als je een medicijn toedient.
Leestip: Genetisch gemodificeerde stamcellen geven hoop bij bloedziekte
Het resultaat
In labcellen steeg de efficiëntie naar 20 tot 40 procent. Dat is een enorme sprong vergeleken met die eerdere slaagcijfers van minder dan 1 procent. Toen de onderzoekers XIST activeerden, ging zo’n 58 tot 66 procent van de genen op dat derde chromosoom 21 in expressie omlaag. Genen waarvan bekend is dat ze bijdragen aan de klachten bij downsyndroom werden merkbaar stiller.
Maar: dit gebeurde tot nu toe enkel in een petrischaaltje. En dat is een belangrijk voorbehoud. Al het werk is uitgevoerd in gekweekte cellen, niet in dieren en al helemaal niet bij mensen. De stap van lab naar lichaam is in de genetica notoir groot. De onderzoekers weten bijvoorbeeld nog niet of de techniek werkt in cellen die niet meer delen (zoals zenuwcellen in een volwassen brein). Ze weten ook niet of het veilig genoeg is. CRISPR kan ook op verkeerde plekken knippen. En ze weten niet of je genoeg cellen kunt bereiken om een meetbaar verschil te maken bij een levend organisme.
Bovendien is het XIST-gen enorm, veel te groot voor de meeste virale verpakkingen waarmee je DNA normaal gezien in cellen sluist. De onderzoekers zien wel mogelijkheden in een mini-versie van XIST. Als dat werkt, zou je het in een virusdeeltje kunnen verpakken en in theorie via een spuitje kunnen toedienen. Maar of deze techniek ooit tot een behandeling leidt, is nu nog onmogelijk te zeggen. Er zijn nog heel wat uitdagingen te overwinnen.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Dit molecuul kan de hersenen van mensen met het Syndroom van Down ook op latere leeftijd nog herstellen en Het syndroom van Down kan in de toekomst mogelijk worden verholpen met CRISPR-technologie. Of lees dit artikel: Waarom is Max Verstappen zo uitzonderlijk? Genetica geeft verrassend antwoord.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
