Een deel van de genen in ons DNA dient als recept voor eiwitten. Foutjes in deze recepten vormen de basis voor erfelijke ziekten, waarbij gemuteerde eiwitten hun werking verliezen. Om dit te verhelpen focussen huidige gentherapieën zich op het herstellen van defecte genen door nieuwe genen of elementen van buitenaf toe te voegen.

Nu hebben onderzoekers van het Hubrecht Instituut, het Erasmus MC en Sanquin een nieuwe methode voor gentherapie ontdekt. Hierbij maakten ze gebruik van het feit dat niet alle genen altijd actief zijn, maar ook ‘uit’ kunnen staan. Ze wisten behulpzame doch inactieve genen weer aan te zetten door ze dichter te krijgen bij de genetische schakelaars op het DNA, zogeheten enhancers. Dit deden ze door het tussenliggende stuk DNA weg te knippen met CRISPR-Cas9, een techniek die ze ‘delete-to-recruit’ noemen. Geneticus Wouter de Laat, sinds kort werkzaam bij het UMC Utrecht, leidde het onderzoek aan het Hubrecht Instituut: ‘We hebben laten zien dat een specifiek gereactiveerd gen de werking van het defecte gen in erfelijke bloedziekten zoals sikkelcelziekte en bèta-thalassemie kan overnemen.’

Reactivering

Bij patiënten met sikkelcelziekte en bèta-thalassemie is het volwassen globine-gen kapot. Dat stukje DNA codeert normaal voor de aanmaak van hemoglobine, een eiwit in rode bloedcellen dat essentieel is voor zuurstoftransport. Maar naast dat stukje liggen ook nog twee foetale genen. Die zorgen tijdens de foetale levensfase voor de aanmaak van hemoglobine en worden vervolgens op inactief gezet.

Een paar jaar geleden lieten onderzoekers zien dat een inactief foetaal gen weer aan te zetten is door een lusje te maken in het DNA, dat de afstand tussen de enhancer en het foetale gen verkleint. Hierdoor gaat een cel met een defect volwassen globine-gen alsnog globine aanmaken. ‘Dat dit kon, was voor mij een totale verrassing’, vertelt De Laat. ‘Daar hebben we ons door laten inspireren. Wij laten nu voor de eerste keer zien dat je dit ook kunt bereiken met onze “delete-to-recruit” techniek, waarbij we tussenliggend DNA weghalen.’

Waarom het inactieve gen aangaat door de nabije enhancer is nog steeds niet helemaal duidelijk. Enhancers staan bekend om het aantrekken van transcriptiefactoren, eiwitten die het uitschrijven van DNA naar RNA voor de productie van nieuwe eiwitten promoten. ‘Het klassieke idee is dat een nabije enhancer de hoeveelheid relevante transcriptiefactoren verhoogt, waardoor meer transcriptie plaatsvindt bij actieve genen’, zegt De Laat. ‘Inactieve genen daarentegen staan “uit” door transcriptiewerende factoren. Onze resultaten lijken daarom te suggereren dat de transcriptiestimulerende factoren van de nabije enhancer de transcriptiewerende factoren overstemmen.’

Stamcellen

De onderzoeksgroep van De Laat werkte samen met Sanquin en het Erasmus MC om hun techniek in rode bloedcellen uit te proberen. ‘Sanquin had ook de wens om gentherapie voor sikkelcelziekte en bèta-thalassemie naar de kliniek te brengen’, zegt De Laat. Als organisatie die bloedonderzoek doet en verantwoordelijk is voor de bloedvoorziening in Nederland leverde Sanquin primaire stamcellen van gezonde donoren. ‘We wilden onderzoeken of je onze deletietechniek toe kunt passen als gentherapie in stamcellen.’

Het lukte de onderzoekers om hun techniek in de stamcellen uit te voeren, waarna deze doorgroeiden tot rode bloedcellen die foetaal globine aanmaakten. Dat verliep zelfs succesvoller dan verwacht. ‘We dachten dat de deleties te inefficiënt zouden zijn om als therapie in te zetten’, zegt De Laat. ‘Maar het bleek juist in meer dan de helft van de stamcellen te werken. De resulterende foetale globineproductie was net zo goed als bij andere gangbare gentherapieën.’

Opschalen

Vooraleer je de deletietechniek als therapie kunt inzetten, moet CRISPR-Cas9 efficiënter zoveel mogelijk stamcellen succesvol bewerken, op een manier dat ze levensvatbaar blijven, zegt De Laat. ‘Dat blijft een grote uitdaging.’

Naast het opschalen vormen ook veiligheidsaspecten nog een drempel. ‘Het is natuurlijk niet de bedoeling dat het Cas9-eiwit ergens gaat knippen waar het niet hoort. We moeten nog meer onderzoek doen naar de veiligheid van onze techniek. Naar schatting duurt het daarom nog wel twee à drie jaar voor we dit daadwerkelijk als therapie kunnen aanbieden.’