CRISPR/Cas9-mediated miR-155 knockout suppresses glioblastoma cell proliferation through TP53INP1/p53/p21 activation

Stel je voor dat je lichaam een bruisende stad is, en dat binnen die stad elke cel een arbeider is met een specifieke taak. Soms krijgt een arbeider een slecht instructieboekje dat hen vertelt de "stop"-borden te negeren en eeuwig door te blijven vermenigvuldigen. Wanneer dit in de hersenen gebeurt, creëert het een zeer gevaarlijke, snelgroeiende menigte genaamd een glioblastoom. Wetenschappers proberen al een tijdje uit te vogelen hoe ze deze menigte kunnen laten stoppen met groeien. Een van de instrumenten waar ze naar kijken, is een minuscuul molecuul genaamd microRNA. Denk aan microRNA's als de "redacteuren" of "verkeersregelaars" van de stad. Ze bouwen niet de wegen of de gebouwen, maar ze houden een klembord vast en vertellen andere genen wanneer ze hard moeten werken en wanneer ze een pauze moeten nemen. Eén specifieke redacteur, genaamd miR-155, heeft zich in hersentumoren gedragen als een chaotische verkeersagent die vaak de slechte cellen vertelt om door te gaan, sneller te gaan en de regels te negeren. Maar wetenschappers waren er niet geheel zeker van of het stoppen van deze ene redacteur de tumor daadwerkelijk zou stoppen, of dat de tumor te slim was en gewoon een andere manier zou vinden om eromheen te gaan.

In dit onderzoek besloten onderzoekers te stoppen met gokken en te beginnen met editen. Ze gebruikten een krachtig genetisch hulpmiddel genaamd CRISPR/Cas9, dat werkt als een paar moleculaire scharen, om het gen dat miR-155 maakt in twee verschillende soorten hersentumorcellen permanent uit te snijden. Ze wilden zien wat er gebeurde wanneer deze cellen hun "chaotische redacteur" voor altijd kwijtraakten, in plaats van alleen tijdelijk. Ze ontdekten dat wanneer ze miR-155 uitsnijden, de tumorcellen niet alleen een beetje afremden; ze trapten het gaspedaal volledig in de rem. De cellen stopten niet alleen zo snel met vermenigvuldigen, maar ze zetten ook een "zelfcontrole"-systeem aan dat de cel vertelt om te stoppen met delen. Dit systeem omvat een beroemd eiwit genaamd p53 (vaak de "bewaker van het genoom" genoemd) en zijn helpers, TP53INP1 en p21. Het is alsof de cellen, zonder de chaotische redacteur, eindelijk de alarmbel hoorden en besloten om te gaan zitten en een pauze te nemen.

Het verhaal wordt echter nog interessanter omdat de twee soorten tumorcellen die ze testten, anders reageerden op dezelfde bewerking. Hoewel beide celtypen minder snel groeiden, veranderden ze hun "persoonlijkheid" niet op dezelfde manier. Eén type cel (T98G) leek zijn vermogen om aan dingen te plakken en rond te bewegen te verliezen, terwijl het andere type (U87) zijn bewegingsgewoonten niet zo veel veranderde. De onderzoekers ontdekten dat hoewel het verwijderen van miR-155 een geweldige manier was om de cellen te stoppen met vermenigvuldigen, het de tumor niet volledig stopte in alle andere opzichten, zoals het binnendringen van nieuw gebied. Het is alsof je een rijbewijs afneemt: de auto stopt met vooruit rijden, maar de motor kan nog steeds draaien, en de auto kan nog steeds een beetje rollen als er tegen wordt geduwd.

Het Verhaal van de Genetische Scharen

Dus, wat hebben de wetenschappers precies gedaan? Ze namen twee beroemde hersentumorcellijnen, genaamd U87 en T98G, en gaven ze een permanente make-over met behulp van CRISPR/Cas9. Denk aan deze cellen als twee verschillende wijken in dezelfde stad. De onderzoekers gebruikten hun moleculaire scharen om de specifieke DNA-instructies voor miR-155 uit te snijden. Ze zetten niet alleen het volume zachter; ze verwijderden de hele luidspreker. Ze creëerden "knockout"-versies van deze cellen, wat betekent dat ze nul miR-155 hadden.

Zodra ze deze nieuwe, bewerkte cellen hadden, onderwierpen ze deze aan een test. Eerst controleerden ze of de cellen nog steeds in leven en gelukkig waren. Het antwoord was nee. De cellen zonder miR-155 waren veel minder geneigd om te overleven en te groeien. Wanneer de wetenschappers keken naar hoeveel nieuwe kolonies cellen gevormd konden worden, waren de bewerkte cellen veel slechter in dat doen dan de normale cellen. Het was alsof de cellen hun ambitie hadden verloren om een nieuwe wijk te bouwen.

Om te begrijpen waarom dit gebeurde, bekeken de onderzoekers de interne "instructieboekjes" van de cellen met behulp van een techniek genaamd RNA-sequencing. Dit is als het lezen van elke enkele pagina van de bibliotheek van de cel om te zien welke boeken vaker worden gelezen en welke worden genegeerd. Ze ontdekten dat het verwijderen van miR-155 duizenden genen veranderde. Maar hier is het coole deel: zelfs al veranderden de twee celtypen (U87 en T98G) hun bibliotheken op verschillende manieren, ze waren het over één groot verhaal eens.

In beide celtypen zorgde de verwijdering van miR-155 ervoor dat een specifieke reeks "stop"-signalen werd geactiveerd. De onderzoekers ontdekten dat een gen genaamd TP53INP1 plotseling zeer actief werd. Denk aan TP53INP1 als een voorman die de baas wakker maakt, p53. Zodra p53 wakker is, roept hij een beveiliger genaamd p21 erbij. Deze beveiliger p21 staat voor de "start motor"-knop van de cel en weigert de cel te laten delen. De onderzoekers zagen dat in de bewerkte cellen TP53INP1, p53 en p21 allemaal overuren draaiden. Ze merkten ook op dat de cellen meer een "zelfmoordsignaal" (Bax) gingen produceren en minder een "overlevingssignaal" (Bcl-2), waardoor de cellen kwetsbaarder werden en minder waarschijnlijk zouden overleven.

De Twist: Niet Alle Cellen Zijn Gelijk

Hoewel het "stop met groeien"-signaal consistent was bij beide celtypen, was de rest een gemengde zaken. De onderzoekers wilden weten of het verwijderen van miR-155 ook de cellen zou stoppen met "malignant" zijn — oftewel, zouden ze stoppen met het vermogen om nieuwe gebieden binnen te dringen of te handelen als stamcellen?

De resultaten waren een beetje verrassend. In de T98G-cellen zorgde het verwijderen van miR-155 ervoor dat ze veel van hun "slechte jongen"-eigenschappen verloren. Ze produceerden minder van de eiwitten die hen helpen te bewegen en van vorm te veranderen (zoals Twist, Snail en Vimentin). Het was alsof de T98G-cellen plotseling besloten meer te zijn als normale, rustige burgers. Echter, de U87-cellen veranderden op dit punt niet veel. Ze hielden nog steeds veel van hun "slechte jongen"-eiwitten vast, waarbij slechts één (TWIST) een duidelijke daling liet zien.

Toen ze testten hoe goed de cellen konden bewegen en binnendringen, waren de resultaten opnieuw enigszins ongelijk. Beide typen cellen bewogen iets langzamer, maar de T98G-cellen stopten helemaal niet met binnendringen, terwijl de U87-cellen dat wel deden. Dit suggereert dat hoewel het verwijderen van miR-155 een krachtige manier is om de cellen te stoppen met vermenigvuldigen, het niet automatisch elk ander probleem van de tumor oplost. De cellen kunnen nog steeds in nieuwe ruimtes kunnen kruipen, zelfs als ze niet zo snel groeien.

Wat Dit Betekent voor het Grotere Plaatje

De belangrijkste les uit dit onderzoek is dat miR-155 een sleutelspeler is in het bezig houden en vermenigvuldigen van deze hersentumorcellen. Wanneer je het permanent verwijdert, trappen de cellen hard op de rem omdat ze een krachtig "stop"-systeem activeren dat betrokken is bij TP53INP1, p53 en p21. Dit is een grote zaak omdat het aantoont dat het gericht aanpakken van dit specifieke molecuul een manier zou kunnen zijn om de tumor te vertragen.

De studie suggereert echter ook dat het geen wondermiddel is dat alles oplost. De cellen gedroegen zich niet allemaal op dezelfde manier, en ze verloren niet al hun vermogen om gevaarlijk te zijn. De onderzoekers merkten op dat hun experimenten in een laboratoriumschaaltje werden uitgevoerd, zonder de complexe omgeving van een echt menselijk lichaam (zoals het immuunsysteem). Dus hoewel de resultaten zeer veelbelovend zijn voor het begrijpen van hoe deze cellen werken, zijn ze slechts de eerste stap. De studie suggereert dat als we deze kennis willen gebruiken om patiënten te behandelen, we het mogelijk moeten combineren met andere behandelingen om de delen van de tumor aan te pakken die niet stopten met bewegen.

Kortom, de wetenschappers hebben genetische scharen gebruikt om een chaotische redacteur uit te snijden, en het resultaat was dat de tumorcellen eindelijk naar de "stop"-borden luisterden. Maar net als in het echte leven is het stoppen van de groei slechts een deel van de strijd; de cellen hebben nog steeds enkele trucjes in hun mouwen, en wetenschappers zullen moeten blijven werken om te ontdekken hoe ze die ook kunnen stoppen.