Patiënten met duchenne missen het eiwit dystrofine. Dit zorgt er normaal gesproken voor dat iemand kracht kan zetten met zijn spieren. De kop van het dystrofine zit vast in de spiercel, terwijl de staart contact maakt met structuren buiten de cel. Bij samentrekking van de spier zet dat complex via de pezen die vastzitten op het bot, de arm of het been in beweging. Zonder dystrofine beschadigen de spiervezels gemakkelijk en sterven ze langzaam maar zeker af.
„Dystrofine is te vergelijken met de stalen veertjes in een ouderwetse campingstoel”, zegt prof. dr. Gert-Jan van Ommen, hoofd van de afdeling humane genetica van het LUMC in Leiden. „De veren houden de zitting strak in het frame. Bij iemand met de ziekte van Duchenne zijn die onderdelen weg. De zitting hangt dus als het ware los en gaat vrij snel kapot.”
Bij de ziekte van Becker, het mildere broertje van Duchenne (zie kader), is het dystrofine-eiwit wel aanwezig, maar in een kortere versie. „Daardoor werkt het minder goed. Maar kortere veren houden de zitting nog wel in het frame. De stoel gaat alleen minder lang mee”, aldus Van Ommen.
Het gen voor dystrofine ligt op het X-chromosoom. Jongens hebben daar maar één exemplaar van en als het gen beschadigd is, krijgen ze de ziekte van Duchenne of Becker (zie kader). Met 2,4 miljoen DNA-letters of basen is het -voor zover bekend- het grootste van de 20.000 tot 25.000 genen die de mens bezit.
Advertenties
Voor de aanmaak van het eiwit wordt in de celkern eerst een RNA-afschrift gemaakt van het gen. Daaruit worden 78 overbodige stukken weggesneden in een ingewikkeld knip-en-plakproces dat splicing heet. Alleen de 79 gewenste fragmenten, zogeheten exonen, blijven over. De ingekorte RNA-tekst wordt vervolgens buiten de celkern afgelezen en vertaald in het eiwit dystrofine. De grootte daarvan is met 0,6 procent maar een fractie van de oorspronkelijke DNA-tekst. „Van het gen is 99,4 procent schoudervulling. Waarom dat zo is, weten we feitelijk niet.”
Van Ommen vergelijkt het splicingproces met een vervolgverhaal in een tijdschrift. „Dat wordt vaak onderbroken door advertenties. Er staat dan: ”lees verder op pagina 24” en ”vervolg van pagina 16”. Zo knipt de splicingmachinerie eigenlijk de advertenties uit het RNA en plakt vervolgens de belangrijke delen, die de boodschap voor het eiwit vormen, aan elkaar.”
Stopteken
De extreme grootte van het dystrofinegen zorgt ervoor dat de kans op ongelukken (mutaties) tien tot honderd keer groter is dan bij andere genen het geval is. „Van elke 10.000 X-chromosomen in de bevolking krijgt er één een nieuwe mutatie.”
In een enkel geval zorgt een verandering van één bouwsteen -door een puntmutatie- ervoor dat de vertaling van RNA naar eiwit voortijdig stopt. De cel maakt dan geen functioneel dystrofine aan en die persoon ontwikkelt de ziekte van Duchenne.
Duchennespierdystrofie ontstaat meestal doordat het gen een stukje mist. Ook komt het voor dat er een deel verdubbelt. De vertaling van RNA naar eiwit gaat mis wanneer het aantal ontbrekende of verdubbelde RNA-letters niet deelbaar is door drie. Drie letters vormen namelijk de code voor één bouwsteen van het eiwit.
De verschuiving zorgt ervoor dat het eiwit niet wordt afgemaakt. „In de willekeurige volgorde na de deletie of de verdubbeling komt al snel een stopteken voor”, aldus Van Ommen. Zo’n half afgemaakt, niet-functioneel eiwit ruimt de cel vervolgens uit de weg.
Anders dan bij Duchenne, hebben patiënten met de ziekte van Becker een stuk uit het RNA verloren -of dubbel- dat wel deelbaar is door drie. „Het verhaal gaat dan gewoon verder. Er mist alleen een stuk. Voor veel eiwitten zou dat schadelijk zijn, maar dystrofine lijkt het te kunnen hebben doordat het middenstuk lang en elastisch is. Wordt het korter, dan functioneert het minder goed, maar het principe blijft behouden.”
Mensen met Beckerdystrofie kunnen een enkel exon missen, maar het is ook wel voorgekomen dat iemand 40 procent van het gen miste -exon 17 tot en met 48- en daar toch nauwelijks iets van merkte. „Die man was metselaar en had pas op latere leeftijd een wandelstok nodig.”
De ziekte van Becker kan ontstaan doordat de splicingmachinerie niet in de gaten heeft of het RNA-afschrift de normale lengte heeft of niet. „Het systeem herkent het einde van een exon en het begin van het volgende en plakt die twee aan elkaar. Missen de exonen 45 tot en met 54, dan wordt 44 gewoon aan 55 geplakt. In geval van een duplicatie komt het stukje 44/45 gewoon twee keer voor.”
De gentherapie die de Leidse onderzoeksgroep -in samenwerking met het biotechbedrijf Prosensa- ontwikkelt, maakt dankbaar gebruik van die ’onwetendheid’. „We plakken een soort pleister op het exon waarbij het misgaat. De splicingmachinerie gaat dan verder met het volgende exon en het verhaal wordt afgemaakt. Er ontstaat alleen een iets korter, Beckerachtig eiwit.”
Eerder testte de groep het effect van verschillende pleisters -oligo’s- in gekweekte spiercellen uit biopten van Duchennepatiënten en in muizen die model staan voor de ziekte. „De aanpak bleek verbazend goed te werken. De spiercellen, zowel van patiënten als van muizen, gingen weer dystrofine aanmaken.”
Injecties
Van de 150 pleisters die de groep ontwikkelde, bleken er tien bruikbaar voor behandeling. „Hiermee zouden we 85 procent van de mensen die een stukje missen kunnen behandelen, en daarmee 70 procent van de patiënten.”
Toch beperkt het huidige onderzoek zich tot één oligo: tegen exon 51. Van Ommen: „We willen er niet te veel tegelijk ontwikkelen, want dat kost veel tijd en geld. We kozen deze, want hij werkt bij 16 procent van de patiënten en bij 25 procent van de deleties.”
Na de bemoedigende resultaten in celkweek en in proefdieren achtte het team de tijd rijp om de behandeling op patiënten te testen. De nieuwe inzichten die dat onderzoek opleverden, presenteerde dr. Judith van Deutekom afgelopen weekeinde tijdens een congres in Rotterdam van de Europese vereniging voor gentherapie en celtherapie. Van Deutekom promoveerde in 1996 bij Van Ommen en maakte daarna de overstap naar onderzoekspartner Prosensa. Binnenkort hopen de wetenschappers de resultaten te publiceren in een toonaangevend tijdschrift.
Tijdens de proef gaf de behandelaar, neuroloog Jan Verschuuren van het LUMC, eerst vier injecties met genfragmenten in de voethefferspier naast het scheenbeen. Na vier weken nam hij een hapje uit de spier om vast te stellen of er in de cellen dystrofine aanwezig was. „Het resultaat was spectaculair”, stelt Van Ommen. Voor de behandeling zag het weefsel onder de microscoop na kleuring tegen dystrofine er zwart uit, maar na de behandeling kleurde het helder groen. „Je had haast een zonnebril nodig”, grapt hij.
De onderzoeksgroep kreeg toestemming om zes patiëntjes te behandelen. Na vier besloten ze echter te stoppen met de studie. „Ik ben in mijn moleculaire carrière nog nooit een proef gestopt wegens succes”, aldus de 60-jarige hoogleraar.
Een van de sleutels tot de positieve resultaten noemt hij de goede samenwerking tussen neurologen, labonderzoekers -van AMC, LUMC en KU Leuven- en het biotechbedrijf Prosensa. Vooral rond de uitvoering op grotere schaal, het veiligheidsonderzoek en het toestemmingstraject, stelt Van Ommen. „Dit is niet de verdienste van een persoon of een afdeling. Een concurrerende Britse groep krijgt bijvoorbeeld het drievoudige aan subsidie, maar loopt toch flink achter op ons.”
Rolstoel
Tijdens een vervolgonderzoek zal een aantal patiëntjes de genfragmenten een maand lang ingespoten krijgen in de bloedbaan. „Dat moet meer duidelijkheid geven over hoeveel oligo’s we moeten toedienen en hoe vaak”, aldus de onderzoeker.
Verder willen de wetenschappers uitzoeken hoe ze de genfragmenten specifiek naar de spier kunnen sturen. „Uit studies naar gentherapie bij andere ziekten weten we dat het merendeel naar de nieren en de lever gaat, waar ze bij sterke ophoping een schadelijk effect kunnen hebben. De doseringen die we nodig denken te hebben zijn weliswaar veel lager, maar toch willen we op termijn een betere sturing van de fragmenten richting de spieren.”
Ook de toedieningsweg verdient nog de nodige aandacht. „Uiteindelijk willen we geen injecties meer geven. Het liefst zien we dat de patiënt de oligo’s via de mond kan innemen.”
De hoogleraar benadrukt dat de nieuwe behandeling de huidige patiënten niet helemaal zal genezen. „Mogelijk lukt het om de processen stil te zetten, zodat ze geen verder krachtsverlies hebben. Je mag zeker de eerste jaren niet verwachten dat we de voortgang van de ziekte kunnen terugdraaien en dat een jongen zomaar uit zijn rolstoel opstaat. Maar bij heel jonge patiëntjes kun je waarschijnlijk wel ontwikkeling van de ziekte voorkomen.”
Twee kanten, één medaille
Het gen dat zowel de ziekte van Duchenne als de ziekte van Becker veroorzaakt, ligt op het X-geslachtschromosomen. Jongens hebben daar maar één exemplaar van (XY) en krijgen de ziekte als het gen beschadigd is. Vrouwen kunnen dat echter compenseren met een intact gen op het tweede X-chromosoom (XX).
Ziekte van Duchenne: De ziekte treft één op de 3500 jongens en is daarmee de meest voorkomende dodelijke spierziekte. De erfelijke aandoening is genoemd naar de Franse neuroloog Guillaume Duchenne de Boulogne, die deze in 1868 voor het eerst beschreef.
Kinderen met Duchennespierdystrofie gaan pas laat lopen; met achttien maanden of later. Ze lopen vaak waggelend, hebben moeite met traplopen en rennen. In de loop der jaren neemt de spierkracht af en vanaf het achtste tot het twaalfde levensjaar zijn de meesten aan gewezen op een rolstoel.
Uiteindelijk raken de ademhalingsspieren en de hartspier aangetast. Rond het twintigste levensjaar is beademing nodig. De levensverwachting voor Duchennepatiënten ligt op dit moment rond de dertig jaar.
Bij een zwangere moeder die draagster is van de aandoening kan prenatale diagnostiek worden toegepast. Via een vlokkentest kan na elf weken zwangerschap worden aangetoond of het kind het defecte gen heeft of niet. In een derde van de gevallen is sprake van een nieuwe mutatie. De ziekte is dan niet eerder in de familie voorgekomen.
Ziekte van Becker: Beckerspierdystrofie is een mildere vorm van de spierziekte en komt bij één op de 20.000 jongetjes voor. De eerste publicatie over de aandoening kwam in 1955 van de Duitse arts Peter Emil Becker. De diagnose wordt over het algemeen tussen het vijfde en het dertigste levensjaar gesteld. Hoe de ziekte zal verlopen, is moeilijk te zeggen. De een zit op 25-jarige leeftijd in een rolstoel, terwijl de ander pas na het vijftigste levensjaar minder goed uit de voeten kan. De levensverwachting voor iemand met de ziekte van Becker ligt niet veel lager dan gemiddeld.
