Mutatie afhankelijke therapieën
Introductie
Momenteel worden twee therapieën in klinische studies
getest, die alleen toepasbaar zijn voor patiënten met bepaalde
mutaties. Dit zijn PTC124 (voor stop mutaties) en het exon
skippen (herstelt de genetische code voor bepaalde deleties). Hier
zal worden toegelicht waarom deze therapieën niet voor alle
patiënten van toepassing zijn.
Zoals u in de uitleg over mutaties hebt kunnen lezen, worden er na het verbreken van de genetische verkeerde eiwit bouwstenen ingebouwd in het eiwit, terwijl bij een punt mutatie een vroegtijdig stopsignaal aanwezig is.
PTC124
Bij puntmutaties is er een kleine verandering in het DNA waardoor een eiwit-bouwsteen code is veranderd in een "stop"signaal. Deze stop signalen zijn normaliter alleen aan het einde van het boodschapper RNA (de genetische code) aanwezig (Figuur 1).
Figuur 1. Boodschapper RNA bevat de genetische code voor een eiwit. De vertaling naar eiwit wordt gedaan door de eiwit fabriek. Deze heeft een startsignaal nodig om te beginnen (in exon 1) en een stop signaal (aan het einde, exon 79 bij dystrofine) om aan te geven dat het eiwit klaar is.
Bij stopmutaties is er naast het normale stopsignaal aan het einde van de genetische code, een extra stop signaal in het midden (Figuur 2).
Figuur 2. Een stopmutatie zorgt ervoor dat de vertaling naar eiwit te vroeg wordt gestopt.
Meestal zijn er naast het stopsignaal zelf nog extra signalen die aangeven dat het de vertaling klaar is (normale stops liggen bijvoorbeeld aan het einde van het boodschapper RNA en niet in het midden). Dit is te vergelijken met een stop bord: bij een drukke, onoverzichtelijke kruising is een stopbord logisch; midden op de snelweg niet. Er is dus een verschil tussen normale stopsignalen en "foute" stopsignalen (ontstaan door een mutatie). Echter: de eiwit fabriek geeft gehoor aan het stop signaal en het eiwit wordt maar half gemaakt.
PTC124 is een chemische stof die de onjuiste stopsignalen kan verstoppen, zodat de eiwit fabriek ze negeert en gewoon doorgaat met de vertaling van het boodschapper RNA (Figuur 3): er wordt dus een volledig eiwit gemaakt. De echte stopsignalen (aan het einde van het boodschapper RNA) worden niet verstopt.
Figuur 3. PTC plakt onjuiste stopsignalen af, zodat de vertaling naar eiwit door kan gaan tot het einde.
PTC124 heeft geen enkel effect op mutaties die de genetische code verbreken: deleties of duplicaties van een of meer exonen, kleine deleties of duplicaties binnen een exon of mutaties die de bouwstenen die nodig zijn voor de herkenning van een exon verstoren (splice site mutaties). Hier is namelijk geen sprake van een enkel stop signaal dat op de verkeerde plaats staat, maar worden verkeerde eiwitbouwstenen gebruikt bij de vertaling naar eiwit.
Exon skippen
Het doel van exon skippen is om de genetische code te herstellen, zodat de goede eiwit bouwstenen weer kunnen worden gebruikt en er een deels functioneel dystrofine eiwit kan worden gemaakt. De achterliggende gedachte en aanpak staat hier in detail uitgelegd. Exon skippen kan worden gebruikt om de genetische code te herstellen voor verschillende types mutaties.
Bijna alle figuren bestaan uit 3 delen: bovenaan staat de situatie op DNA (gen) niveau, middenin staat de RNA copie voordat de intronen verwijderd worden (eventueel zijn een of meerdere exonen afgedekt door een AON). Onderaan staat de situatie op het niveau van het boodschapper RNA (de genetische code, met alle exonen aan elkaar geplakt).
Deleties
Bij de meeste deleties van een of meer exonen kan de genetische code worden hersteld door het skippen van één (Figuur 4) of twee (Figuur 5) exonen.
Figuur 4. In dit voorbeeld mist een patiënt exon 48-50. Omdat exon 47 en 51 niet op elkaar passen is de genetische code verbroken. Echter, exon 47 past wel op exon 52. In dit geval kan de genetische code dus worden hersteld door het skippen van exon 51.
Figuur 5. In dit voorbeeld mist een patiënt exon 46-50. Exon 45 en exon 51 passen niet op elkaar, dus de genetische code is verbroken. Echter het skippen van één exon kan de genetische code niet herstellen (exon 45 skippen werkt niet, want exon 44 past niet op 51, exon 51 skippen werkt ook niet, want exon 45 past niet op exon 52). Wanneer zowel exon 45 als exon 51 worden geskipt wordt de genetische code wel hersteld (exon 44 past op exon 52).
Kleine mutaties
Kleine mutaties kunnen leiden tot een vroegtijdig stopsignaal (stop mutaties) of de genetische code verbreken (door een kleine deletie of duplicatie binnen een exon). Met exon skippen kunnen deze mutaties worden omzeild (Figuur 6 en 7).
Figuur 6. Door een kleine mutatie is een vroegtijdig stopsignaal ontstaan in exon 49. Omdat exon 48 en exon 50 op elkaar passen, zal het skippen van exon 49 leiden tot het omzeilen van dit vroegtijdige stopsignaal, zonder dat de genetische code wordt verbroken.
Figuur 7. Door een kleine mutatie is een vroegtijdig stopsignaal ontstaan in exon 11. Exon 10 en 12 passen niet op elkaar, dus wanneer exon 11 wordt geskipt wordt het stopsignaal weliswaar omzeild, maar wordt ook de genetische code verstoord. Exon 10 past echter wel op exon 13, dus door het skippen van zowel exon 11 als exon 12 wordt het stopsignaal omzeild, terwijl de genetische code behouden blijft.
Duplicaties
Bij duplicaties in Duchenne patiënten wordt de genetische code verbroken omdat een of meerdere exonen dubbel aanwezig zijn. Dit compliceert het exon skippen omdat de AONs geen onderscheid kunnen maken tussen het originele exon en het gedupliceerde exon. Bij een duplicatie van één exon is het mogelijk de genetische code te herstellen met exon skippen (Figuur 8, 9 en 10). Voor duplicaties van meerdere exonen is exon skippen momenteel te gecompliceerd (Figuur 11, 12 en 13).
Figuur 8. Een duplicatie van exon 45. Omdat het extra exon 45 (wit-rood) niet op de originele exon 45 (blauw) past, is de genetische code verbroken. Wanneer echter OF het tweede gedupliceerde exon, OF het originele exon worden geskipt is de genetische code hersteld. Sterker nog: de normale genetische code is hersteld (er missen geen exonen). Dit is dus het meest ideale resultaat van exon skippen. Soms is exon skippen echter te efficient (Figuur 9). (Hoe efficient het exon skippen is, is lastig te voorspellen. Dit wordt eigenlijk pas duidelijk als AONs worden getest in gekweekte cellen van een patient).
Figuur 9. Wanneer bij een duplicatie van exon 45 de AONs te efficient zijn zullen zowel het origele als het dubbele exon 45 worden geskipt. Aangezien exon 46 niet past op exon 44 verstoort dit de genetische code.
Figuur 10. Als het skippen van één exon niet lukt (Figuur 9), kan de genetische code alsnog worden hersteld door naast de dubbele exons nog een derde exon te skippen (exon 44 in dit voorbeeld). Omdat exon 43 en 46 wel op elkaar passen, herstelt dit de genetische code. (Hier is het ook mogelijk om naast de exons 45 exon 46 te skippen: exon 44 past immers ook op exon 47).
Figuur 11. Exon skippen voor grote duplicaties is erg gecompliceerd. In dit voorbeeld zijn exon 44-48 gedupliceerd. Hierdoor wordt de genetische code verbroken van exon 44 past niet op exon 48. De genetische code kan worden hersteld door het gedupliceerde exon 44 te skippen. Echter, een AON gericht tegen exon 44 zal ook het originele exon 44 herkennen (Figuur 12 en 13), waardoor de genetische code wordt verbroken (het maakt hierbij niet uit of het dubbele exon al dan niet geskipt wordt).
Figuur 12. Het skippen van het originele exon 44 verstoord de genetische code, omdat exon 43 en exon 45 niet op elkaar passen.
Figuur 13. Ook wanneer beide exonen worden geskipt, wordt de genetische code verbroken.
Toepasbaarheid exon 51 skip
Het skippen van exon 51 is toepasbaar voor de grootste groep Duchenne patiënten (13% van alle patiënten). In Figuur 4 is te zien hoe exon 51 skippen de genetische code kan herstellen. In Figuur 14 staat uitgelegd waarom exon 51 skippen geen enkele zin heeft bij mutaties waarvoor het herstellen van de genetische code het skippen van een ander exon nodig is.
Figuur 14. Exon 51 skippen voor een exon 45 deletie. Een exon 45 deletie verstoort de genetische code (exon 44 en 46 passen niet op elkaar). Deze deletie kan NIET worden hersteld door het skippen van exon 51. Wanneer toch AONs gericht tegen exon 51 worden gebruikt zal dit ervoor zorgen dat de genetische code op twee plaatsen wordt verbroken: ter hoogte van exon 44-46 (die niet op elkaar passen) en ter hoogte van exon 50-52 (die ook niet op elkaar passen). De genetische code wordt dus niet hersteld, maar op een extra plaats verbroken.
Heeft u nog vragen of is iets niet helemaal duidelijk, of ontdekt u een fout(je), kunt u ons een email sturen.