Hoe nestelen vreemde stukjes DNA zich in het genoom?

Het was een raadsel in de biomedische wereld hoe vreemde stukjes DNA zich in het genoom nestelen. Onderzoekers van het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) en het Erasmus MC in Rotterdam hebben die puzzel nu opgelost. Hun ontdekking kan helpen om de behandeling van erfelijke ziektes door het corrigeren van het DNA veiliger en efficiënter te maken, schrijven ze in Nature Communications.

2 DNA-reparatieroutes

In hun publicatie beschrijven de Leidse en Rotterdamse onderzoekers dat het innestelen van stukjes DNA van buitenaf op een willekeurige plek in de genetische code van een cel afhankelijk is van twee verschillende DNA-reparatieroutes. Toen de onderzoekers beide routes platlegden in stamcellen van muizen zagen ze dat er helemaal geen willekeurige integratie meer optrad. Dit samenspel is misschien ook de reden dat het mechanisme achter willekeurige integratie tot op heden onopgelost bleef, denkt Marcel Tijsterman, hoogleraar genoomstabiliteit in het LUMC. “Veel onderzoekers keken maar naar een van beide routes.”

Aangrijpingspunten voor de kliniek

In biomedisch onderzoek is het aan de orde van de dag om stukjes DNA toe te voegen aan cellen in het laboratorium. Deze stukjes integreren op een willekeurige plek in het genoom, waardoor je cellen krijgt met een aangepaste genetische code. Die kun je gebruiken om allerlei experimenten mee te doen. Het extra aantrekkelijke aan hun fundamentele ontdekking is volgens Tijsterman dat het aangrijpingspunten biedt voor de kliniek, vindt Roland Kanaar, hoogleraar moleculaire genetica in het Erasmus MC. “Nu we weten hoe willekeurige integratie werkt, kunnen we het proces wellicht ook beïnvloeden.” Hierbij doelt hij vooral op gene-editing: het aanpassen van het erfelijk materiaal om ziektes te genezen.

De ontdekking van CRISPR-Cas9

Sinds een aantal jaar heeft onderzoek hiernaar een grote vlucht genomen met de ontdekking van CRISPR-Cas9: een techniek om heel gericht aanpassingen in DNA te maken. Maar naast de zeer precieze veranderingen, komen onbedoeld soms ook stukjes DNA elders terecht in het erfelijk materiaal van de cel die aangepast wordt. Tijsterman: “Dat gebeurt veel vaker dan men denkt. Tot onze eigen verbazing hebben wij bij vijf tot tien procent van de behandelde cellen op een willekeurige plaats in het DNA de genetische code voor het Cas9-enzym teruggevonden. En dat is niet zonder gevaar: in het ergste geval kunnen deze cellen zich nu veel sneller ontwikkelen tot kankercellen.”

Specifieke remmers

Met de ontdekking van het mechanisme achter willekeurige integratie, is nu de deur geopend om dit ongewenste bijeffect een halt toe te roepen. Tijsterman: “Ik kan me goed voorstellen dat we door de ontwikkeling van specifieke remmers dit willekeurig innestelen van stukjes DNA in het genoom kunnen voorkomen. Op die manier maken we gentherapie of gene-editing wellicht efficiënter, maar met name veel veiliger.”

Bron: LUMC.