ALS-behandelingsdoel gevonden met hulp van gist

Met de hulp van bakkersgist, een klein eencellig organisme, zeggen wetenschappers in de VS dat ze een "splijting in het harnas" van de momenteel ongeneeslijke ziekte Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS) hebben gevonden, ook bekend als de ziekte van Lou Gehrig. Ze suggereren dat hun bevindingen een nieuw doelwit vormen voor therapieën, nieuwe hoop brengen voor patiënten met een verwoestende wrede stoornis die hen berooft van het vermogen om te bewegen, spreken en uiteindelijk te ademen.
De onderzoekers schrijven over hun ontdekking in het online nummer van Natuurgenetica.
Co-senior auteur Aaron Gitler is universitair hoofddocent bij de afdeling genetica aan de Stanford University School of Medicine in Californië. Hij zegt in een persverklaring:
"Ook al zijn gist en mens gescheiden door een miljard jaar evolutie, we waren in staat om de kracht van gistgenetica te gebruiken om een ??onverwacht potentieel doelwit voor ALS te identificeren."

Proteïneklontjes

Veel aandoeningen zoals ALS, Parkinson en Alzheimer die de hersenen geleidelijk vernietigen, vertonen een bepaald type klontering of misvouwing van eiwitten in het cytoplasma van hersencellen of neuronen (het cytoplasma is de interne gel die de verschillende componenten van cellen bevat). Het klonteren of verkeerd vouwen van het eiwit wordt geacht de ziekte te veroorzaken of eraan bij te dragen.

"We proberen te achterhalen waarom deze eiwitten aggregeren in neuronen in de hersenen en het ruggenmerg, en wat er gebeurt als ze dat doen", legt Gitler uit.
Hoewel de oorzaak van ALS niet duidelijk is, suggereren recente studies dat een RNA-bindend eiwit genaamd TDP-43 een rol kan spelen. Bij veel mensen met ALS vormt het eiwit klonten in de neuronen van het ruggenmerg en sommige mensen met ALS hebben ook mutaties in dit eiwit.

De waarde van een gistmodel

Eerder werk van Gitler en een andere studie auteur, Robert Farese Jr, een senior onderzoeker aan de Gladstone Instituten in San Francisco, Californië, shows het is mogelijk om ALS in gist na te bootsen door TDP-43 op een hoger niveau dan normaal tot expressie te brengen: het resultaat is dat het eiwit dodelijke klonten vormt in het cytoplasma van de gistcellen.
Gitler legt de waarde van het gistmodel uit:
"Bij mensen kan de progressie van de ziekte jaren duren voordat de symptomen zich voordoen, maar in gist zien we binnen twee dagen eiwitklontering in het cytoplasma en de cellen beginnen snel te sterven."
Nadat het gistmodel was ontwikkeld, besloten Gitler en Farese om te zien of het veranderen van het gedrag van sommige van de andere eiwitten in de cel de gistcellen zou kunnen beschermen tegen de klontschade.

Wat ze vonden

Na het knutselen met verschillende proteïnen in de gistcellen, vonden de onderzoekers uiteindelijk het blokkeren van de productie van een eiwit genaamd Dbr1, een enzym dat betrokken is bij RNA-verwerking, de klontering die het gevolg is van overexpressie van TDP-43, waardoor de cellen een normale bestaan.
Farese zegt dat ze systematisch hun zoektocht hebben uitgevoerd: ze deden geen veronderstellingen over hoe TDP-43 cellen verwondt, maar "screenden het hele genoom van gisten om genen te vinden die de toxiciteit zouden kunnen voorkomen".
Hij zegt dat zijn lab en Gitler's lab onafhankelijk zijn over Dbr1.
Vervolgens testten ze en bleken het blokkeren van Dfl te werken door de resultaten te herhalen in in het laboratorium gekweekte menselijke zenuwcellen en in ratteneuronen die TDP-43 tot overexpressie brengen.

Overtollige TDP-43 opruimen

De onderzoekers ontdekten dat het blokkeren van Dbr1 een opeenhoping van "lariats" in het cytoplasma veroorzaakt. Dit zijn ongewenste "loops" van RNA die overblijven van het coderen van DNA in eiwitten. Dbr1 snijdt de lussen open om het voor de mobiele opruimgereedschappen gemakkelijker te maken ze mee te nemen voor verwijdering en recycling.
Door Dbr1 te blokkeren, worden niet-gecomprimeerde lariats geaccumuleerd, die de overtollige TDP-43 lijken op te dweilen zodat er geen klonten ontstaan. De onderzoekers bewezen dat dit het geval was door lariats te maken met een bindingsplaats voor een fluorescerend volgproteïne.
Eerste auteur Maria Armakola, ook van de afdeling genetica aan Stanford's School of Medicine, zegt dat normaal TDP-43 in de kern verblijft, maar in zieke cellen verzamelt het zich in het cytoplasma en vormt het klonters.
"We hebben een nieuwe manier ontwikkeld om te volgen waar deze lariats in levende cellen gaan en dat hebben we gezien wanneer Dbr1 ontbreekt, fungeren de lariats als een sink om TDP-43 te sequestreren," ze legt uit.

Behandelingsdoelen

De onderzoekers weten niet precies wat de oorzaak is van de dood van de cellen in ALS: komt het doordat de defecte TDP-43 essentiële RNA-moleculen trekt die moeten helpen om DNA te lezen om eiwitten uit de kern in het cytoplasma te maken, of omdat de defectieve TDP-43 werkt niet zoals het zou moeten, wat wil zeggen om te binden aan RNA in de kern? Misschien is het een beetje van beide, suggereren ze.
Wat het ook is, vanwege de veelbelovende resultaten van de gist, menselijke en knaagdier cel experimenten, adviseren de onderzoekers meer studies nu het potentieel voor het blokkeren van Dbr1, of het creëren van kunstmatige lariats om de defecte TDP-43 te strikken, als een potentieel doelwit voor geneesmiddelen om ALS te behandelen.
Armakola zegt dat ze nu willen kijken naar wat er gebeurt als je Dbr1 blokkeert in vliegen, wormen en knaagdieren.
"We zijn ook geïnteresseerd in het identificeren van kleine molecule-remmers van Dbr1," voegt ze eraan toe.
Geschreven door Catharine Paddock PhD