RNAi: Aan- en uitknop voor de genen

Intermediair, oktober 2004

Deze maand begint in de VS een revolutionair experiment op basis van een biologisch verschijnsel dat eigenlijk nog maar net is ontdekt. Wordt ‘RNA-interferentie’ een nieuwe biomedische hype?

PETER J. VERMIJ

Eerder deze maand had het Amerikaanse bedrijf Acuity Pharmaceuticals, gevestigd in Philadelphia, goed nieuws voor zijn investeerders. De Food and Drug Administration (FDA), onderdeel van het Amerikaanse gezondheidsministerie, had toestemming gegeven voor een revolutionair klinisch experiment. De komende weken zullen enkele ouderen die op korte termijn blind dreigen te worden, in hun oogbol een flinke dosis RNA-moleculen krijgen ingespoten. Alle proefpersonen lijden aan ‘natte gelevlek-degeneratie’, de meest voorkomende oorzaak van ouderdomsblindheid. De ingespoten RNA-moleculen moeten een plotselinge wildgroei van kleine bloedvaatjes achter het netvlies afremmen en zo voorkomen dat de proefpersonen het zicht in dat oog geheel kwijtraken.

Het experiment van Acuity is de eerste van wat een serie experimenten lijkt te worden die de komende maanden en jaren zullen worden uitgevoerd. Allemaal maken ze gebruik van een fenomeen dat biologen nog maar een paar jaar kennen en waarvan de functie voor een groot deel nog altijd onduidelijk is. Menig bioloog zal zelfs schoorvoetend moeten bekennen geen idee te hebben wat het is: ‘RNA-interferentie’, een verschijnsel dat in elk hoger organisme lijkt voor te komen. En als de eerste proeven succes hebben, zou het wel eens kunnen uitgroeien tot een nieuwe biomedische hype. Nu al staan minstens zes Amerikaanse bedrijfjes, sommige samen met grote farmaceutische concerns, te dringen om RNA-interferentie in te zetten tegen een lange rij aandoeningen: hepatitis (geelzucht), kanker, aids, de ziekte van Huntington, de ziekte van Parkinson, amyotrofische lateraal sclerose (ALS), diabetes en vetzucht — de mogelijkheden lijken eindeloos.

Die grote belofte verklaart mede waarom sommige wetenschappers de adem inhouden, nu binnenkort de eerste patiënten metterdaad een behandeling ondergaan: groot optimisme gecombineerd met bittere teleurstelling kan veel schade toebrengen aan een jong en veelbelovend onderzoeksveld.

Bemoeials

Het is nog maar twee jaar geleden dat het Amerikaanse wetenschappelijke tijdschrift Science RNA-interferentie, een nieuw en nogal ingewikkeld biologisch verschijnsel, bombardeerde tot de wetenschappelijke doorbraak van het jaar. In de meeste biologie-schoolboeken valt er dan ook nog niets over te lezen.

De boeken vertellen een oud verhaal. Wanneer we de cel vergelijken met een fabriek, leek de celkern volgens dat oude verhaal het meest op een directiekamer waarin DNA-moleculen, hoog boven het geronk van de machinekamers, de boel besturen. RNA-moleculen waren in dit verhaal simpele boodschappenjongens. Hun bijdrage beperkte zich tot het kopiëren van instructies van de directie (originelen mochten de celkern niet uit); na hijgend de trappen te zijn afgehold, mochten ze op de werkvloer van de fabriek hun kopietjes weer afgeven aan de machinebankwerkers. Die konden, met de nieuwe instructies, nieuwe producten maken — proteïnen, in de taal van de biologische cel.

Halverwege de jaren negentig werd echter duidelijk dat, althans in plantencellen, RNA-moleculen meer in de melk te brokkelen hebben. Ze vervoeren niet alleen boodschappen, zo bleek, ze lezen elkaars boodschappen ook. En als de boodschap niet bevalt, willen ze hem ook verscheuren — bijvoorbeeld als ze denken dat de verzender een virus is. Als biologische virusscanners onderscheppen ze verdachte boodschappen voordat ze de machinekamers van de cel kunnen bereiken. Sommige verlaten zelfs de cel om fabrieken in de buurt alvast voor de indringer te waarschuwen.

Daarmee houdt de invloed van RNA nog niet op. In groeiende planten, zo is inmiddels duidelijk, beslissen DNA- en RNA-moleculen gezamenlijk hoe de cel zich ontwikkelt. Om in de metafoor van de fabriek te blijven: ook al wil de directie dat de fabriek een nieuw product gaat maken, als de ‘loopjongens’ die opdracht consequent censureren, of de directeur op zijn stoel vastbinden, komt daar niets van terecht.

Er zijn, kortom, maar weinig zaken waarin RNA-moleculen niet interfereren.

Revolutie

RNA-interferentie, afgekort tot RNAi, bleek niet alleen bij planten voor te komen. Eind jaren negentig werd duidelijk dat het mechanisme ook optreedt in wormen en fruitvliegen. En in 2001 toonden Duitse onderzoekers aan dat het ook kan worden opgewekt in de cellen van zoogdieren, inclusief mensen. Als stukjes RNA met een bepaalde genetische code, van circa twintig letters, in menselijke cellen worden ingebracht, wordt DNA in die cellen met precies diezelfde code uitgezet, terwijl de andere genen gewoon kunnen doorwerken.

Die vondst ontketende de laatste jaren een revolutie in biomedische laboratoria. Wetenschappelijke tijdschriften puilen inmiddels uit met duizenden artikelen over ‘klein interfererend RNA’ (si-RNA). Overal gebruiken biologen nu stukjes RNA om, in los gekweekte cellen of in proefdieren, naar believen één of meer genen selectief tot zwijgen te brengen. Het Nederlands Kanker Instituut in Amsterdam, bijvoorbeeld, construeerde in korte tijd tienduizenden verschillende stukjes RNA om ieder gewenst gen van een muis te kunnen uitschakelen. Die ‘RNA-bibliotheek’ leverde razendsnel een rits nieuwe genen op die een rol lijken te spelen bij het ontstaan van kanker.

Een truc die ieder gen van buitenaf kan uitzetten, lijkt haast te mooi om waar te zijn. Er werd dan ook driftig nagedacht over manieren om de truc rechtstreeks aan te wenden tegen ziekten. Het wachten was op de eerste onderzoekers die RNA-interferentie op patiënten durfden los te laten — een moment dat met de bekendmaking van Acuity is aangebroken.

Extreem hoge doses

De eerste pogingen in patiënten kwalijke genen met RNA uit te schakelen, richten zich op het netvlies en de lever – en dat is niet toevallig, zegt Andrew Fire, die werkt aan de Amerikaanse Stanford-universiteit. Begin deze maand kreeg hij een Heinekenprijs toegekend voor zijn belangrijke rol bij de ontdekking van RNA-interferentie. ‘Verreweg het grootste probleem voor medische toepassingen zal zijn om genoeg RNA-moleculen ter plaatse te krijgen, in de cellen van de patiënt’, zegt Fire. ‘Het netvlies en de lever zijn daarbij relatief gemakkelijke doelwitten, omdat hetzij via de oogbol hetzij via de bloedbaan de buitenkant van de meeste cellen bereikbaar is.’

Op dat moment dient de volgende barrière zich echter al aan: de gebruikte RNA-moleculen zijn weliswaar niet heel erg lang, maar toch groot genoeg om maar mondjesmaat door het omhulsel van de cel te worden doorgelaten.

Dat het niet meevalt RNA bij cellen in het lichaam binnen te krijgen, blijkt ook uit dierproeven. Als onderzoekers bij muizen via het bloed genoeg RNA willen binnenloodsen om een effect te zien, moeten ze vaak zoveel vloeistof inspuiten dat de bloeddruk fors stijgt. Voor toepassing in andere organen dan het oog ontwikkelen verscheidene bedrijven daarom ook andere, ingewikkelder manieren om stukjes RNA bij cellen binnen te krijgen. Elk van die methoden brengt echter ook weer eigen complicaties met zich mee.

En niet alleen het afleveren van RNA geeft problemen. ‘Injecties met RNA willen nog wel eens zorgen voor heftige ontstekingsreacties’, zegt Ronald Plasterk, die bij het Utrechtse Hubrecht Laboratorium onderzoek leidt naar het mechanisme achter RNA-interferentie bij wormen. Medicijnen die genetische letters bevatten, en dus ook RNA, hebben sowieso relatief veel schadelijke bijwerkingen, meent hij. ‘Het therapeutisch venster, het gebied tussen ineffectieve en giftige concentraties, is bij deze middelen klein’, aldus Plasterk.

Verscheidene malen is bovendien gebleken dat RNA-interferentie minder nauwkeurig is dan aanvankelijk werd gedacht. Soms worden, door nog onopgehelderde oorzaak, ook genen uitgezet waarvan de code, althans volgens genetische databanken, niet overeenkomt met het interfererende RNA. ‘Eigenlijk weten we niet eens wat RNA-interferentie normaal gesproken doet in menselijke cellen’, zegt Fire. ‘Waarschijnlijk speelt het, net als in planten, een rol in de afweer tegen virussen. Maar het staat waarschijnlijk ook in contact met allerlei andere processen.’

Andersom zou soms de vaak grote nauwkeurigheid juist voor problemen kunnen zorgen. Een ziekteverwekker als het aids-virus, bijvoorbeeld, sleutelt voortdurend aan zijn genetische code. RNA-interferentie die zich maar tegen één code keert, zou dus snel zijn effect kunnen verliezen.

Ten slotte is onduidelijk hoe lang de RNA-moleculen het in de cel uithouden, en hoe vaak behandelingen dus moeten worden herhaald.

Overenthousiast

De lijst problemen en openstaande vragen laat echter onverlet dat veel onderzoekers optimistisch zijn over medische perspectieven. Een van die onderzoekers is Mark Kay, die aan de Universiteit van Stanford werkt aan een methode om RNA in te zetten tegen hepatitis C, een ernstig virus dat via bloedtransfusies miljoenen westerlingen heeft besmet. ‘Ik heb de afgelopen vijftien jaar een aantal nieuwe ontwikkelingen voorbij zien komen,’ zegt Kay, ‘waaronder gentherapie. Maar geen van alle hadden naar het nu lijkt zoveel potentie als RNA-interferentie.’

Het optimisme verklaart ook waarom wetenschappers in het jonge onderzoeksveld sommige van de nu op stapel staande medische experimenten met enige zorg gadeslaan. Allereerst is het zeer wel mogelijk dat de eerste patiënten weinig of helemaal geen baat bij hun experimentele behandeling blijken te hebben, al was het maar omdat de proeven vooral de veiligheid van de methode testen. ‘De kans bestaat dat aan de eerste experimenten te grote conclusies worden verbonden’, zegt Fire. ‘De verwachtingen kunnen te ver worden opblazen, maar ze kunnen ook voortijdig de bodem in worden geslagen. Investeerders zouden massaal kunnen afhaken, terwijl er nog enorme hoeveelheden startkapitaal nodig zullen zijn.’

Mark Kay maakt zich ongeruster over de mogelijkheid dat een van de eerste experimenten onverwacht schade toebrengt aan een patiënt. ‘Zelfs als je op proefdieren alles uitgebreid hebt getest, dan nog kun je niet altijd voorspellen wat er in mensen gebeurt’, zegt hij. De ervaringen met gentherapie spreken boekdelen: toen in 1999 een Amerikaanse jongen overleed aan de bijwerkingen van een experimentele gentherapie, liep het hele onderzoeksveld klappen op waarvan het nog nauwelijks is bekomen.

Volgens Kay is zijn angst niet eens hypothetisch: een Amerikaans bedrijf bereidt al proeven voor waarin geelzuchtpatiënten interfererend DNA rechtstreeks via de bloedbaan krijgen toegediend, ook al heeft die methode, naar het oordeel van Kay, bij proefdieren nog nooit bevredigend gewerkt. De dosis RNA, voorspelt Kay, zal astronomisch moeten zijn. ‘Ik heb geen idee wat er [in patiënten zou gebeuren’, zegt Kay, die zelf met een ander bedrijf werkt aan een alternatieve methode, maar zegt geen financieel belang te hebben bij één van beide methoden.

Andrew Fire vertrouwt vooralsnog op de Amerikaanse FDA, die in zijn ogen ‘behoorlijk streng’ is bij het toestaan van klinische experimenten. Maar feit is ook, zegt hij, dat voor patiënten níets doen ook een keuze inhoudt. ‘Niemand praat over het toepassen van RNA-interferentie tegen mannelijke kaalheid’, zegt Fire. ‘Gelevlek-degeneratie en geelzucht zijn heel ernstige ziekten.’

© Peter J. Vermij

> Home page