Mitochondriële mutaties hersteld met base editing

Beeld: SkieTheAce from Pixabay

Met behulp van base editing kunnen mutaties in mitochondriaal dna worden gecorrigeerd, met verbeterde functie tot gevolg.

Door middel van een nieuwe gen-editingtechniek corrigeren Utrechtse onderzoekers schadelijke mutaties in mitochondriaal dna in menselijke cellen. Uiteindelijk hopen ze mitochondriële ziektes te behandelen (PLOS Biology, 24 juni).

Mitochondriën, de energieleveranciers van cellen, bevatten hun eigen dna. Dit verschilt van nucleair dna, doordat het rond is en uitsluitend via de eicel wordt doorgegeven. Mitochondriale mutaties kunnen leiden tot erfelijke ziekten en kanker. De inmiddels veelgebruikte Crispr-Cas-technologie kan fouten in nucleair dna corrigeren, maar werkt niet voor mitochondriale mutaties.

Getest
‘Crispr-Cas is heel precies en efficiënt, maar heeft als nadeel dat het niet de mitochondriën kan binnendringen om daar mitochondriaal dna te editen. Met een ander type editor, de base editor DdCBE, kan dit wel. Deze maakt gebruik van programmeerbare dna-bindende eiwitten, zogeheten Talen, om de juiste dna-sequentie te herkennen,’ legt laatste auteur, medisch biotechnoloog Martijn Koppens bij het UMC Utrecht, uit in een e-mail. Met de techniek kunnen onderzoekers een enkele base corrigeren zonder dat de dna-streng hoeft worden doorgeknipt. Deze nieuwe publicatie komt voort uit een van de eerste onderzoeken waarbij de methode uitgebreid is getest op de cellen van patiënten met mitochondriële ziekten.

‘Crispr-Cas is heel precies en efficiënt, maar heeft als nadeel dat het niet de mitochondriën kan binnendringen’

De Utrechtse onderzoekers passen DdCBE toe op levercellen met een kunstmatig verminderde ATP-productie, en op huidcellen van een patiënt met het door een mitochondriale mutatie veroorzaakte Gitelman-syndroom – een erfelijke aandoening waarbij de nieren te veel zouten verliezen. In beide gevallen slagen ze erin de aangedane mitochondriale functies in ieder geval deels te herstellen.

Nanodeeltjes
‘We waren verrast door de efficiëntie van de editor,’ vertelt Koppens. ‘Waar Crispr-Cas slechts twee kopieën per cel hoeft te bewerken, moeten mitochondriële editors honderden tot duizenden kopieën aanpakken. Toch zagen we in veel celtypen een hoog percentage editing.’ De onderzoekers gebruiken messenger-rna verpakt in lipide nanodeeltjes om de editor in de cellen te brengen. Deze methode blijkt efficiënter en minder toxisch dan eerdere technieken, zoals het gebruik van plasmiden. Bovendien is DdCBE nog steeds heel specifiek. ‘Hoewel het in humane cellen goed werkt, moet het nog getest worden in hele organismen, zoals muizen,’ aldus Koppens. ‘De mitochondriale base editors zullen net als Crispr-Cas doorontwikkeld moeten worden voordat klinische toepassing mogelijk is.

‘We willen nu verder werken aan afleverstrategieën en het ontwikkelen van modellen om de complexe genetica van mitochondriële ziekten beter te begrijpen.’