Celbiologisch onderzoek (2005)

PRINSES BEATRIXFONDS SUBSIDIE VOOR CELBIOLOGISCH ONDERZOEK IN GRONINGEN

Het begin van de zomervakantie in Groningen had niet beter kunnen zijn dan met het nieuws dat de subsidieaanvraag van professor Harrie Kampinga bij het Prinses Beatrixfonds voor onderzoek met poly-Q eiwitten was goedgekeurd. 

Chaperone eiwitten 
De afdeling Straling en stress-celbiologie van professor Harrie Kampinga van de Rijksuniversiteit Groningen is al jaren bezig en bekend door het onderzoek naar zogenaamde chaperone eiwitten. In celbiologen taal zijn “chaperones” eiwitten die helpen om andere eiwitten in een goede vorm te brengen of te houden. Eiwitten zijn grote moleculen die voortdurend worden aangemaakt en afgebroken. Ze zijn opgebouwd uit honderden aminozuren en ze hebben een bepaalde vorm die een essentiële rol speelt bij hun functie. Eiwitten ontstaan door het “aflezen” van de genen in het DNA erfelijkheids-materiaal. Bij dit aflezen worden heel precies lange ketens aminozuren aan elkaar worden verbonden, zoals als kralen aan een snoer. Als het snoer klaar is moet het eiwit nog op een bepaalde manier worden gevouwen en dat gebeurt in de eerste plaats door de elektrische ladingen van de verschillende aminozuren, want die bepalen welke delen van een eiwit molecuul onderling worden aangetrokken. Chaperones zijn eiwitten die helpen bij dit modelleren en vouwen: je zou ze kunnen beschouwen als vormpjes waar een eiwit precies in past. Chaperone eiwitten zijn op deze wijze belangrijk in wat heet het “eiwit kwaliteitscontrole systeem” (protein quality system).In dit eiwit kwaliteitscontrole systeem worden eiwitten voortdurend gecontroleerd op hun vorm en hun functie. Eiwitten die niet of niet meer goed zijn en niet te herstellen zijn worden in dit kwaliteits controlesysteem afgekeurd, ze krijgen een merkje. Dat merken gebeurt door aan een afgekeurde eiwitten een klein ubiquitine-eiwit molecuul te plakken en als dat gebeurd is worden ze herkend door de eiwitversnipperaars van de cel, de proteasomen. Deze proteasomen knippen de foutieve, afgekeurde eiwitten weer in kleine stukjes, de oorspronkelijke aminozuren, die dan weer opnieuw kunnen worden gebruikt.

CAG-repeat en poly-Q
Bij poly-Q ziekten zoals veel SCA's en de ziekte van Huntington, bestaat een fout in het erfelijkheidsmateriaal van één bepaald gen. Deze fout bestaat uit een verlenging van een bepaalde reeks (“repeat”) CAG “codons” in het DNA van dit gen. Omdat elk DNA codon van een gen zorgt voor een specifiek aminozuur, worden er als gevolg van deze verlengde CAG reeks bij het aflezen van het gen teveel van dezelfde aminozuren in het eiwit achter elkaar gekoppeld. Het gaat hierbij om het aminozuur glutamine. De wetenschappelijke afkorting voor glutamine is de hoofdletter Q en daarom wordt deze groep van aandoeningen ook aangeduid als poly-Q ziekten. De lange keten van glutamine aminozuren veroorzaakt een verkeerde vouwing van het eiwitmolecuul en dat is weer de reden dat deze groep van ziekten ook wel wordt aangeduid met “protein misfolding diseases”- ziekten door een verkeerde eiwitvouwing. Bij veel SCA's, zoals SCA1, SCA2, SCA3 en SCA7 en ook bij de ziekte van Huntington is een aantal jaren geleden ontdekt dat er in de kernen van sommige zenuwcellen in de hersenen abnormale insluitlichaampjes aanwezig zijn (zie fig1). Deze insluitlichaampjes bleken gedeeltelijk afgebroken eiwitten te bevatten samen met ubiquitine en verder bleken zich er onder andere ook proteasoom eiwitten en chaperone eiwitten in te bevinden. Bij de gedeeltelijk afgebroken eiwitten bleek het om (foutieve) ataxine en huntingtine eiwitten te gaan, dus juist de eiwitten die de oorzaak waren van de ziekte waar het om ging.

Over de betekenis van deze insluitlichaampjes en de rol bij het ziekteproces is in de laatste jaren veel gediscussieerd. Eerst is verondersteld dat deze insluitlichaampjes zelf schadelijk zijn, omdat zich daarin ook een aantal eiwitten bevinden, zoals transcriptie factoren, die belangrijk zijn voor het overleven van de cel. Later onderzoek suggereerde echter dat deze insluitlichaampjes ook beschouwd kunnen worden als een soort afweermechanisme van de cel, een soort containertje waarin foutieve eiwitten, die niet kunnen worden afgebroken, worden opgeslagen. Het blijkt inderdaad het geval te zijn dat de foutieve poly-Q eiwitten bij SCA en Huntington niet goed door de proteasomen kunnen worden afgebroken, misschien wel omdat ze er door hun abnormale vorm niet goed in passen.

Onderzoeksvraag
Uit onderzoek op de afdeling van professor Kampinga met genetisch gemanipuleerde cellen die een kunstmatig “mutant” (foutief) Huntington poly-Q eiwit maken, blijkt dat er in deze cellen in plaats van een enkel groot insluitlichaampje, ook wel “aggresoom” genoemd, verspreid over de cel op verschilende plaatsen tegelijk grote eiwitaggregaten ontstaan, waarna de cel afsterft. Het lijkt er dus op dat de aggregatie van eiwitten in dit geval niet goed door de cel beheerst kan worden en duidelijk schadelijk is.

Op grond van wat er nu gevonden is in hersenweefsel en celmodellen, veronderstellen wij dat er een goede en een slechte manier is waarop de foutieve, niet afbreekbare eiwitten in de cel kunnen klonteren (zie fig 2). In deze veronderstelling ontstaan er in eerste instantie kleine, mini-aggregaatjes, die, als er genoeg tijd is, met behulp van chaperones stabiel gehouden kunnen worden en kunnen worden verzameld in het aggresoom, het insluitlichaampje. Hoe beter dat proces beheerst wordt, hoe minder schadelijk deze miniaggregaatjes voor de cel zijn. Als het proces niet beheerst wordt, bijvoorbeeld omdat het te snel gaat, kunnen deze miniaggregaatjes voordat ze in het aggresoom zijn verzameld tot grote macroaggregaten samenklonteren. Deze macroaggregaten kunnen niet meer naar het aggresoom getransporteerd worden en veroorzaken een ernstige stoornis in de celfunctie en afsterven van de cel. Het feit dat bij SCA en Huntington de aandoeningen pas in de loop van het leven ontstaan, waarbij, zoals bekend, de mate waarin de CAG repeat verlengd is ook een belangrijke rol speelt, zou in deze veronderstelling o.a. te maken kunnen hebben met een afname van de hoeveelheid chaperones bij het verouderen.

Onderzoek
In het onderzoek waarvoor nu subsidie is toegekend zal ten eerste in poly-Q celmodellen worden gekeken naar de rol van chaperones bij de vorming van mini-, respectievelijk macroaggregaten en aggresomen / insluitlichaampjes.

Ten tweede zullen de foutieve poly-Q eiwitten worden onderzocht in natuurlijke, niet genetisch gemanipuleerde, gekweekte bindweefsel cellen van SCA en Huntington patienten van onze polikliniek die voor dit onderzoek een huidbiopt hebben afgestaan. Uit verkennend onderzoek op de afdeling van professor Kampinga blijkt dat deze bindweefselcellen zowel het gezonde poly-Q eiwit als het foutieve poly-Q eiwit maken, maar dat er in deze cellen in tegenstelling tot in de genetisch gemanipuleerde cellen geen aggregatie optreedt. In deze bindweefselcellen zal worden onderzocht of er misschien wel klontering optreedt als er een tekort is aan bepaalde chaperones, nadat de bepaalde genen voor deze chaperones zijn uitgeschakeld.

Tot slot zal in hersenweefsel van overleden SCA patienten worden gekeken, of er misschien een verband bestaat tussen de aanwezigheid van bepaalde chaperone eiwitten in zenuwcellen van verschillende celkernen en de mate waarin deze zenuwcellen beschadigd worden en afsterven.

Plaats van het onderzoek
Wij verwachten dat dit onderzoek zal bijdragen aan kennis over de aggregatie van foutieve poly-Q eiwitten en de rol die chaperones daarbij spelen. Of dit onderzoek daarmee ook kan bijdragen aan het ontwikkelen van therapeutische mogelijkheden moeten we afwachten. Het is naar mijn mening in ieder geval een onderzoek dat de kern van probleem bij poly-Q andoeningen benaderd.

Ik ben reuze blij met het enthousiasme van professor Kampinga en zijn medewerkers en ik ben er natuurlijk ook een beetje trots op dat dit onderzoek nu in Groningen gebeurt, maar ik ben vooral trots op al de patiënten die, bij al de ongemakken en het verdriet dat zij hebben gehad en hebben, ook hebben willen bijdragen aan wetenschappelijk onderzoek naar mogelijkheden voor een betere behandeling van deze aandoening in de toekomst. Het onderzoek op dit gebied in Groningen, met name het onderzoek van hersenweefsel van overleden mensen met SCA was niet mogelijk geweest zonder de voordurende steun van de ADCA vereniging in de afgelopen jaren. Heel veel dank daarvoor.

© 1996-2010 ADCA-Vereniging Nederland.