Het laboratorium molecuul EdU is voor veel wetenschappers geen onbekende. Maar wellicht zien ze al geruime tijd iets belangrijks over het hoofd.
EdU (afkorting van 5-ethynyl-2′-deoxyuridine) is een populair wetenschappelijk hulpmiddel dat voor het eerst werd gesynthetiseerd in 2008. Het is ontworpen als een chemische vervanging voor thymidine, een belangrijk nucleoside in DNA. Wetenschappers werken al geruime tijd met dit laboratoriummolecuul. Toch blijkt het nog verrassingen voor ons in petto te hebben. Want onderzoekers hebben in een nieuwe studie ontdekt dat EdU mogelijk over veelbelovende, kankerbestrijdende eigenschappen beschikt.
Wat is EdU?
Zoals gezegd is het laboratoriummolecuul EdU voor veel wetenschappers geen onbekende. “Wanneer zij laboratoriumexperimenten uitvoeren, gebruiken ze een molecuul om bepaalde dingen in cellen te labelen, zoals eiwitten of stukjes RNA,” legt onderzoeker Laura Lindsey-Boltz in gesprek met Scientias.nl uit. “Op die manier kunnen wetenschappers bestuderen hoe deze veranderen, bewegen of zich gedragen onder bepaalde omstandigheden. EdU is dus zo’n tag voor DNA.” Het grote voordeel van dit veelgebruikte molecuul, is dat het een handig chemisch ‘handvat’ heeft waaraan fluorescerende moleculen stevig blijven hechten. Dit maakt het extra geschikt om DNA te labelen en veranderingen te volgen tijdens processen zoals celdeling.
DNA-reparatie
Toen onderzoekers EdU begonnen te gebruiken, merkten ze echter op dat EdU-gelabeld DNA een DNA-herstelreactie veroorzaakt, zelfs wanneer het niet wordt blootgesteld aan bepaalde triggers die normaal gesproken DNA beschadigen. “Ons DNA wordt voortdurend beschadigd door de omgeving, of het nu komt door UV-straling, roken of andere factoren,” vertelt Lindsey-Boltz. “Ons lichaam heeft een manier om deze schade constant te herstellen; dat wordt DNA-reparatie genoemd.” Dat EdU-gelabeld DNA zonder duidelijke oorzaak een dergelijke herstelreactie tot stand brengt, was nogal een verrassing. En dus besloten onderzoekers dit verder te bestuderen.
Herstelreactie
In navolging van deze vreemde observatie ontdekte het team dat EdU – om nog onduidelijke redenen – een specifieke herstelreactie triggert, die nucleotide-excisieherstel wordt genoemd. Dit proces omvat de verwijdering van een kort stuk beschadigd DNA en de hersynthese van een vervangende streng (zie kader).
Beschadigd DNA kan worden opgespoord en gerepareerd in een proces dat nucleotide-excisieherstel (NER) wordt genoemd. NER gebruikt een reeks gespecialiseerde eiwitten die eerst DNA lezen om een beschadigd gebied te identificeren. NER-eiwitten scheiden vervolgens de strengen en snijden het beschadigde gebied weg. Ten slotte coördineren ze de vervanging met nieuwe, bijpassende nucleotiden.
“Wat we dus hebben ontdekt, is dat menselijke cellen het molecuul EdU herkennen als DNA-schade,” licht Lindsey-Boltz toe. “Hierdoor wordt er een DNA-herstelproces – te weten nucleotide-excisieherstel – in cellen geactiveerd.” Het is een verrassende ontdekking. “We hadden geen idee dat cellen gelabeld met EdU dit soort herstelreacties zouden doormaken als ze niet eens werden blootgesteld aan DNA-beschadigde zaken, zoals ultraviolet licht,” aldus Lindsey-Boltz.
Apoptose
Toen onderzoekers dit nucleotide-excisieherstel in kaart brachten, ontdekten ze dat het overal voorkomt waar EdU zich in het genoom bevindt. Bovendien doet het proces zich steeds opnieuw voor. Dat komt omdat elke nieuwe reparatiestreng EdU bevat en dus opnieuw de reparatiereactie uitlokt. Kortom, EdU induceert een op hol geslagen proces van nutteloos excisieherstel. Dit gaat door en door, totdat de cel zichzelf uiteindelijk vernietigt via een proces dat apoptose – oftewel geprogrammeerde celdood – wordt genoemd.
Interessant
Deze ontdekking is op zichzelf al interessant. Het suggereert namelijk dat onderzoekers die EdU gebruiken om DNA te labelen, er rekening mee moeten houden dat dit molecuul een op hol geslagen excisieherstel veroorzaakt. “Op dit moment gebruiken honderden en misschien duizenden onderzoekers EdU in laboratoriumexperimenten, zonder te weten dat menselijke cellen het detecteren als DNA-schade,” aldus onderzoeker Aziz Sancar.
Kanker
Maar wat nog interessanter is, is dat onderzoekers geloven dat het molecuul ingezet kan worden in onze voortdurende strijd tegen kanker. Dat komt omdat EdU uiteindelijk dodelijk is voor de aangetaste cellen – inclusief kankercellen. De onderzoekers denken dat EdU met name veelbelovend is tegen hersentumoren. Dat komt omdat EdU alleen wordt opgenomen in cellen die zich actief delen, terwijl de meeste gezonde cellen in onze hersenen niet-delend zijn. In principe zou EdU dus snel delende kankerachtige hersencellen kunnen doden, terwijl het gezonde hersencellen spaart. “Sommige hersenkankers bestaan uit bijzonder snel delende cellen, denk bijvoorbeeld aan glioblastoma,” vertelt Lindsey-Boltz. “EdU kan dus worden opgenomen in het DNA van deze delende cellen. En daarom denken we dat dit molecuul verder onderzocht moet worden als wapen tegen hersenkanker.”
De verrassende eigenschappen van het veelgebruikte molecuul EdU wijzen er dus op dat het mogelijk als basis gebruikt kan worden in bepaalde kankerbehandelingen. En dat is veelbelovend. “Hoe meer we leren over hoe EdU de DNA-schade- en reparatiecyclus activeert, hoe meer we het potentieel ervan tegen kanker zullen begrijpen,” zegt Lindsey-Boltz. “Het maken van nieuwe kankermedicijnen neemt echter veel tijd in beslag. Het is dan ook moeilijk om te zeggen hoe veelbelovend EdU is. Maar we denken dat het grondiger moet worden bestudeerd dan tot nu toe het geval is geweest.”
