Voor het eerst is DNA-bewerking met behulp van CRISPR toegepast op een groot levend dier. De techniek werd gebruikt om de spierfunctie te verbeteren bij honden met een aandoening die vergelijkbaar is met Duchenne, dat bij mensen voorkomt. Mogelijk kan de techniek ook leiden tot een behandeling voor mensen.
Mensen met Duchenne-spierdystrofie (DMD) hebben een genetische mutatie waardoor ze geen dystrofine kunnen aanmaken, een eiwit dat de spierstructuur en -functie in stand houdt. De aandoening kan leiden tot hart- en longfalen. In 2010 zagen Richard Piercy van het Royal Veterinary College in Londen en zijn collega’s dezelfde mutatie in een Cavalier King Charles Spaniel die het dierenziekenhuis binnenkwam met spierzwakte.
‘De genetische afwijking zat precies in het midden van de plek waar we ‘m bij mensen zien. We beseften dat dit mogelijk belangrijk was voor het ontwikkelen van behandelingen’, zegt hij. De onderzoekers vonden familieleden van de hond met spierzwakte en kruisten die met speurhonden. Drie van die nakomelingen zijn nu gebruikt om een mogelijke behandeling voor DMD te testen.
Tot nu toe is er slechts één goedgekeurde DMD-behandeling die de dystrofinespiegels te verhoogt. De positieve effecten daarvan zijn zeer bescheiden, zo blijkt uit klinische onderzoeken: mensen die het medicijn innamen, konden dystrofine weliswaar produceren, maar slechts tot ongeveer 0,4 procent van het niveau van gezonde personen. De nieuwe DMD-behandeling bracht de dystrofine-expressie terug tot 92 procent in het hartweefsel van de speurhonden, 58 procent in het middenrif en 64 procent in de biceps.
CRISPR-test
Deze methode is gebaseerd op CRISPR/Cas9, een DNA-bewerkingssysteem dat het DNA van een cel op een specifieke plek knipt. Daarbij wordt het systeem geleid door RNA dat fungeert als een gids.
‘Toen we voor het eerst over CRISPR lazen, besloten we om het op de proef te stellen in de meest uitdagende spierziektes. Het werkte in cellen van patiënten, daarna testten we het bij muizen, en toen vroegen we ons af of het bij een groter dier zou kunnen werken’, zegt Eric Olson van het Southwestern Medical Center van de University of Texas. ‘De resultaten zijn veelbelovend. Maar het is nog wel in een hond, niet in een mens.’
Het is belangrijk om honden te gebruiken voor dit soort onderzoek, zegt Piercy, omdat je bij honden fysieke tekenen van de ziekte en kunt zien, en tekenen van verbetering als de behandeling werkt. Bij muizen ontbreken die fysieke signalen.
De onderzoekers injecteerden een virus met CRISPR en zijn RNA-gids in de skeletspier en het hartweefsel van twee van de één maand oude speurhonden met de DMD-mutatie. Volgens Olson was dat de eerste keer dat CRISPR is gebruikt in levende dieren van een dergelijke grootte. Zes weken later analyseerden de onderzoekers de spieren van de honden en bepaalden ze hun genoom. Die gegevens vergeleken ze met één hond met dezelfde mutatie en één gezonde hond.
Uitzinnig
‘Toen we door de microscoop keken zakte onze mond open van verbazing’, zegt Olson. ‘Vrijwel alle spiervezels vertoonden hoge niveaus van dystrofine. We waren uitzinnig van vreugde.’
De dystrofine die de onderzoekers maten, is mogelijk niet afkomstig van alle cellen in de spiervezels. Er kan dus nog steeds sprake zijn van vezelverlies en spierverzwakking, zegt Melissa Spencer van de University of California, Los Angeles. ‘Als je een spiercel hebt met tien kernen en je corrigeert slechts twee van de tien, dan verlies je waarschijnlijk die vezel’, zegt ze. Daarom kan het nog steeds nodig zijn om vervolgdoses toe te dienen, wat niet mogelijk is bij deze methode.
Spencer zegt dat de resultaten een geweldige eerste stap zijn naar een behandeling, maar waarschuwt dat er meer veiligheidstests nodig zijn. ‘Het Cas9-eiwit komt lang tot expressie, dus het immuunsysteem zou het kunnen aanvallen. We hebben een betere beoordeling van de immuunrespons nodig en we moeten er ook zeker van zijn dat CRISPR niet knipt buiten het doelgebied’, zegt Spencer.
Onlangs zijn er zorgen geuit dat CRISPR inderdaad DNA knipt op plaatsen waar het niet hoort. Volgens Olsen zagen ze geen bewijs dat de CRISPR-behandeling vreemde knippen veroorzaakte en was het bloedonderzoek normaal. Piercy voegt eraan toe dat hij hoopt dat de behandeling ook van toepassing kan zijn op honden.
Het onderzoek verscheen in Science.