CRISPR complex met Cascadeproteïne CasE (cyaan), gebonden aan CRISPR RNA (groen) en viraal DNA (rood). Boghog/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0

Nieuwe genetische "streepjescode" technologie identificeert cruciale genen voor immuniteit tegen kanker

Amerikaanse onderzoekers hebben een nieuwe technologie ontwikkeld waarmee ze de functies van honderden genen tegelijkertijd kunnen analyseren, met een precisie tot op het niveau van één cel. Het systeem gebruikt kunstmatige proteïnen om honderden CRISPRs een "streepjescode" te geven en te traceren. De nieuwe technologie heeft al zwakheden in de verdediging van het immuunsysteem tegen kanker blootgelegd, en biedt mogelijkheden om genen die ziekten veroorzaken te identificeren, en nieuwe doelwitten voor geneesmiddelen.  

Het sequencen - "uitschrijven" - van het eerste menselijke genoom - het geheel van alle genetische infromatie - begin de jaren 2000, bracht aan het licht dat mensen meer dan 20.000 genen hebben die voor een proteïne coderen. Wetenschappers zijn echter nog niet in staat geweest om de vele functies van de individuele genen in kaart te brengen. 

Zonder die informatie hebben we maar een beperkt begrip van hoe het menselijk genoom werkt, en kunnen we die kennis ook maar op beperkte schaal gebruiken om ziektes te voorspellen, voorkomen, behandelen en zelfs genezen.

In 2012 en 2013 verscheen er een krachtige nieuwe benadering om genen te bewerken, CRISPR, die gebruikt kan worden om de functies van genen vast te stellen. CRISPR veroverde stormenderhand de wetenschappelijke wereld, maar het blijft een hele uitdaging voor onderzoekers om met CRISPR de duizenden genen van de mens en hun talrijke mogelijke functies te bestuderen.  

Nieuwe technologie

Wetenschappers aan de Icahn School of Medecine van het Mount Sinai Hospital in New York hebben nu een nieuwe technologie ontwikkeld, die toelaat het genoom te analyseren op een schaal die tot hiertoe niet mogelijk was. Het gaat om een nieuwe manier om verschillende CRISPRs van een "streepjescode" te voorzien en te traceren met synthetische proteïnen, die epitopes genoemd worden. 

Die proteïne-streepjescodes die Pro-Codes genoemd worden, laten toe honderden CRISPRs tegelijk te gebruiken, om een groot aantal genen uit te schakelen.

Er bestonden wel al technologieën om CRISPRs te bundelen, maar die benaderingen zijn sterk afhankelijk van DNA als streepjescode, en bieden slechts een beeld van de functie van genen met een lage resolutie, met een geringe precisie. Door de Pro-Code techniek kunnen de onderzoekers van Mount Sinai de wetenschappers een manier bieden om de biologische effecten van een gen veel uitgebreider in kaart te brengen, en met een precisie tot op het niveau van één cel. 

Genen voor de verdediging tegen kanker van het immuunsysteem

In de studie hebben de onderzoekers de Pro-Code technologie gebruikt om op zoek te gaan naar genen die het immuunsysteem nodig heeft in de verdediging tegen kanker. 

Ze produceerden CRISPRs die als doel hadden genen uit te schakelen, genen waarvan gedacht werd dat ze regulator- of regelgenen waren voor het immuunsysteem, en koppelden die CRISPRs aan de Pro-Codes. 

Reeksen van Pro-Codes/CRISPRs werden vervolgens ingebracht in borstkankercellen, en de tumoren werden dan geconfronteerd met killer T-cellen - een soort witte bloedcellen -, die gemodificeerd waren om de kankercellen te herkennen. De meeste kankercellen werden snel uitgeschakeld door de T-cellen, maar er waren een aantal cellen die volledig ontsnapten aan de dood. De Pro-Code technologie hielp vast te stellen welke genen uitgeschakeld waren in die resistente kankercellen, en sommige daarvan bleken een rol in het immuunsysteem te hebben in het ontvankelijk maken van kankercellen, een rol die nog niet bekend was. 

Het onderzoek identificeerde ook een negatief regulator-gen van het "immune checkpoint" PD-L1, een belangrijk klinisch doelwit van immunotherapie tegen kanker. Immune checkpoints zijn cruciale regulatoren van het immuunsysteem, die de acties van dat systeem kunnen stimuleren, of afremmen en zelfs blokkeren. Tumoren kunnen de checkpoints gebruiken om zichzelf te beschermen tegen aanvallen van het immuunsysteem, en checkpoint therapie kan afremmende checkpoints dan weer blokkeren, en zo de functies van het immuunsysteem herstellen.

Enorm versnellen

"Er is nog veel werk te doen om het menselijke genoom volledig te begrijpen. We weten nog altijd niet wat de meeste genen doen, en hoe ze verbonden zijn", zei dokter Brian Brown in een persmededeling van het Mount Sinai Hospital. "De Pro-Code technologie zou een van de grote doelen van het post-genoom tijdperk enorm kunnen versnellen: het annoteren van het menselijk genoom. Deze ontdekking zal een sleutel zijn voor de ontdekking van genen die ziektes veroorzaken, wat zou kunnen leiden tot nieuwe doelwitten voor geneesmiddelen. Ze heeft ons nu al nieuwe inzichten gegeven in de immunologie van kanker."

Dokter Brown is Associate Professor of Genetics and Genomic Sciences en Associate Director of the Immunology Institute aan het Icahn Institute van Mount Sinai, en de belangrijkste auteur van de nieuwe studie. Het onderzoek naar de nieuwe Pro-Code technologie stond onder leiding van onderzoeksassistenten dokter Aleksandra Wroblewska en dokter Maxime Dhainaut. 

De studie van Brown, Wroblewska, Dhainaut en hun collega's van Mount Sinai is verschenen in "Cell".