MicroRNA’s zijn hele kleine stukjes RNA

De ontdekking van het belang van microRNA’s in 2001 heeft de wereld van de moleculaire biologie op zijn kop gezet. De kleine stukjes RNA trokken ook de aandacht van universitair hoofddocent Erno Vreugdenhil. Vreugdenhil: ‘Binnen vijf tot tien jaar komen de eerste microRNA-gerichte medicijnen op de markt.’

Het vormen en in stand houden van een menselijk lichaam, bestaande uit grofweg honderdduizendmiljard cellen, uit één enkele bevruchte eicel, of zygote, is een zeer gecompliceerde taak. Hiervoor is een nauwe samenwerking tussen honderden verschillende celtypen en weefsels, en een strenge controle op celdeling nodig. Het is dan ook niet moeilijk voor te stellen dat er in de ontwikkeling of het onderhoud wel eens iets mis gaat. Zulke fouten worden meestal door het lichaam hersteld, maar soms leiden ze tot ziekten, zoals kanker.

Eigenlijk zijn alle cellen in een multicellulair organisme altruïstisch, zij hebben een ondersteunende functie voor de geslachtscellen, die de volgende generatie gaan vormen. Eén van de fundamentele verschillen tussen normale cellen en kankercellen is dat kankercellen egoïstisch zijn. Kankercellen luisteren niet meer naar signalen van hun buren om te stoppen met delen, ze wedijveren voor voedingsstoffen met omliggende cellen en zaaien uit naar andere weefsels zonder zich aan de daar heersende sociale regels te houden en vernietigen deze weefsels vaak terwijl ze zich voortplanten.

In de algemene introductie (Hoofdstuk 1) staat kort beschreven welke fysiologische veranderingen de meeste kankercellen hebben ondergaan. In de meeste gevallen liggen genetische veranderingen, ofwel mutaties, hieraan ten grondslag. In het laboratorium is het bijvoorbeeld mogelijk om normale cellen, na introductie van een beperkt aantal factoren (meestal in kankercellen gemuteerde genen) die in kankercellen gedereguleerd zijn, te veranderen in kankercellen. Met behulp van dit soort modellen kun je vaststellen in welke mate veranderingen die men in kankercellen vindt een bijdrage leveren aan het onstaan of voortbestaan van deze cellen. Op die manier zijn bijvoorbeeld ook factoren te vinden die wellicht te remmen zijn met medicijnen, om zo de kanker te bestrijden.

In dit boekje wordt een aantal factoren beschreven die in meer of mindere mate een bijdrage leveren aan intracellulaire moleculaire signalerings-cascades die belangrijk zijn voor het ontstaan of de handhaving van kanker. In sommige gevallen is deze connectie niet direct evident. Dit komt doordat we in het onderzoek vaak interessante fenomenen tegenkomen die ons een dieper inzicht geven in hoe cellen werken. Uiteindelijk zal zo’n groter inzicht hopelijk ook leiden tot nieuwe inzichten voor de behandeling van kanker en andere ziekten.

Hoofdstuk 4 beschrijft de studie die we hebben gedaan naar de rol van hTR, de RNA-component van telomerase, in de respons van cellen op DNA-schade (beknopt uitgelegd in hoofdstuk 1). Telomerase is een eiwit-RNA-complex dat de uiteinden van chromosomen (het erfelijk materiaal, met de blauwdruk van de werking van onze cellen) stabiliseert en kan verlengen. In vrijwel alle normale cellen in ons lichaam worden de uiteinden van chromosomen (de telomeren) korter, een proces dat na een beperkt aantal celdelingen leidt tot het stoppen van de celcyclus. Dit is als het ware een natuurlijke klok, of rem op de voortplantingscapaciteit van cellen. Kankercellen hebben deze rem in alle gevallen gesaboteerd om te kunnen blijven delen, meestal door meer aan te maken (overexpressie) van de individuele componenten van het telomerasecomplex, hTR en het telomerase eiwit. Een interessant en weinig bestudeerd fenomeen is dat veel tumoren al in een vroeg stadium de RNA-component hTR tot overexpressie brengen, terwijl telomerase en de activiteit van het complex afwezig of laag zijn.

Ook hebben vrijwel alle normale cellen in ons lichaam hTR, en niet telomerase. Door de hoeveelheid aan hTR in zowel normale als tumorcellen te reduceren met behulp van de RNA-interferentietechniek (RNAi) en met behulp van een aantal andere proeven hebben wij ontdekt dat hTR een telomerase-onafhankelijke rol in de DNA-schaderespons heeft. Een grotere hoeveelheid aan hTR is aanwezig in kankercellen en wordt in normale cellen aangemaakt als respons op UV-bestraling (een specifieke vorm van DNA-schade), dit leidt tot een onderdrukking van de respons op DNA-schade. Dit mechanisme zet deze respons in normale cellen uiteindelijk weer uit en werkt de ongebreidelde groei van de kankercellen in de hand doordat ze schade aan hun DNA negeren.

De analyse van de functie van het eiwit Dead End 1, beschreven in hoofdstuk 3 kan ons iets leren over het ontstaan van kiemceltumoren, maar de lessen die we hier hebben geleerd zijn ook veel algemener toepasbaar. In deze studie hebben we een nieuwe en complexe manier van genregulatie aan het licht gebracht, die in het geval van Dead End 1 essentieel is voor de ontwikkeling van de kiemcellen. Dit zijn de cellen die uiteindelijk sperma en oöcyten gaan vormen en dus aan de basis staan van de volgende generatie.

Dead End werkt op het niveau van boodschapper-RNA’s. Dit zijn kopieen van de genen die in het DNA (in de celkern) gecodeerd zijn en die worden vertaald in eiwitten (in het cytoplasma). Om de aanmaak van eiwitten te reguleren kun je bijvoorbeeld de productie van boodschapper-RNA’s (transcriptie) remmen of de vertaling naar eiwitten (translatie) blokkeren. MicroRNA’s zijn korte stukjes RNA die worden gecodeerd door genen in het DNA die de translatie van boodschapper-RNA’s remmen. Dit doen ze door te binden aan plaatsen in de boodschapper-RNA’s die gedeeltelijk complementair zijn. Een eiwitcomplex (RISC, voor RNA induced silencing complex) zorgt er dan voor dat de productie van het eiwit geremd word. MicroRNA’s coderen, net als het in hoofdstuk 4 beschreven hTR-RNA-molecuul, niet voor de productie van een eiwit, maar functioneren als RNA-molecuul. Vandaar de naam niet-coderend RNA (non-coding RNA). MicroRNA’s zijn pas kortgeleden ontdekt, er zijn er grofweg 1000 van in ons genoom en er is voorspeld dat zij meer dan de helft van alle genen reguleren. Ons lab en andere labs hebben laten zien dat enkele microRNA’s als tumor-suppressors of oncogenen kunnen werken. Hoe microRNA’s precies werken en voornamelijk hoe zij worden gereguleerd is nog grotendeels onduidelijk. Onze studie naar Dead End laat zien dat microRNA-activiteit kan worden gereguleerd door RNA-bindende eiwitten zoals Dead End 1, zonder daarbij de hoeveelheid microRNA’s te veranderen.

Wij hebben laten zien dat het Dead End-eiwit bindt aan uridinerijke plaatsen in een aantal boodschapper-RNA’s waar het ervoor zorgt dat microRNA’s niet kunnen binden. Op deze manier zorgt Dead End 1 dat onderdrukking door microRNA’s wordt opgeheven en dat de gebonden boodschapper-RNA’s worden vertaald in eiwitten. De microRNA’s blijven dus beschikbaar in de cel om andere boodschapper-RNA’s, die geen plaatsen hebben waar Dead End kan binden, te onderdrukken. Hoofdstuk 3 beschrijft onze studie naar de functie van Dead End, terwijl hoofdstuk 2 deze studie in de literatuur over microRNA’s en kiemcellen plaatst en de achtergrond en implicaties van onze vindingen beschrijft.

Tot nu toe hebben alle geïdentificeerde humane boodschapper-RNA’s die door microRNA’s worden gereguleerd hun bindingsplaatsen voor deze moleculen aan een van de uiteinden van deze RNA’s die niet worden getransleerd (de 3’ UTR, of untranslated region). In hoofdstuk 5 beschrijven we dat de microRNA 148/152 familie in het coderende deel van de DNMT3b-boodschapper-RNA bindt. Een van de (splice-)varianten van DNMT3b heeft deze microRNA bindingsplaats niet, met als gevolg dat deze variant ook niet gereguleerd wordt door microRNA 148/152. Deze vinding breidt de mogelijkheden voor microRNA-doelen drastisch uit, daar tot nu toe alleen in de 3’UTR’s werd gekeken naar potentiele bindingsplaatsen.

De rode draad die door dit proefschrift getiteld “New RNA playgrounds, non-coding RNAs and RNA-binding proteins control cellular processes” loopt, is non-coderend RNA. De ontrafelde functies van de verschillende non-coderende RNA’s die hier beschreven staan laten zien dat het speelveld (de “playground”) van niet-coderende RNA’s steeds maar weer groter blijkt dan eerder werd aangenomen. In de afgelopen paar jaar zijn verscheidene microRNA’s en andere non-coderende RNA’s gevonden die een rol spelen in het ontstaan van kanker en andere ziekten. Naar verwachting zullen er in de komende jaren nog veel meer worden gevonden. Doordat de activiteit van RNA’s te beïnvloeden is door middel van binding van vergelijkbare moleculen die gemakkelijk te produceren zijn en een hoge mate van specificiteit hebben zijn RNA moleculen wellicht goede therapeutische doelen. Preklinische testen hebben al uitgewezen dat het mogelijk is om de activiteit van microRNA’s te remmen in diermodellen. Het behandelen van ziekten met behulp van middelen die op RNA moleculen werken (en niet zoals conventionele medicijnen op eiwitten) vergt nog veel onderzoek, maar zal uiteindelijk realiteit worden.

Bron: LUMC

Redactie Medicalfacts/ Janine Budding

https://www.medicalfacts.nl

Ik heb mij gespecialiseerd in interactief nieuws voor zorgverleners, zodat zorgverleners elke dag weer op de hoogte zijn van het nieuws wat voor hen relevant kan zijn. Zowel lekennieuws als nieuws specifiek voor zorgverleners en voorschrijvers. Social Media, Womens Health, Patient advocacy, patient empowerment, personalized medicine & Zorg 2.0 en het sociaal domein zijn voor mij speerpunten om extra aandacht aan te besteden.

Ik studeerde fysiotherapie en Health Care bedrijfskunde. Daarnaast ben ik geregistreerd Onafhankelijk cliëntondersteuner en mantelzorgmakelaar. Ik heb veel ervaring in diverse functies in de zorg, het sociaal domein en medische-, farmaceutische industrie, nationaal en internationaal. En heb brede medische kennis van de meeste specialismen in de zorg. En van de zorgwetten waaruit de zorg wordt geregeld en gefinancierd. Ik ga jaarlijks naar de meeste toonaangevende medisch congressen in Europa en Amerika om mijn kennis up-to-date te houden en bij te blijven op de laatste ontwikkelingen en innovaties. Momenteel ben doe ik een Master toegepaste psychologie.

De berichten van mij op deze weblog vormen geen afspiegeling van strategie, beleid of richting van een werkgever noch zijn het werkzaamheden van of voor een opdrachtgever of werkgever.