MicroRNA expression profile of fibro-adipogenic progenitors in Duchenne muscular dystrophy reveals dysregulation of adipogenesis-related microRNAs

Stel je voor dat je lichaam een bruisende stad is waar spieren de hardwerkende bouwploegen zijn, die constant wegen en gebouwen repareren. Maar soms, door een defect blauwdruk (een genetische mutatie), raken deze ploegen in de war. In plaats van de wegen te repareren, beginnen ze per ongeluk vet en littekenweefsel op de verkeerde plaatsen te bouwen. Dit is wat er gebeurt bij een aandoening genaamd Duchenne spierdystrofie (DMD). De spiervezels breken af en het lichaam probeert de gaten te dichten, maar de reparatieploeg raakt overbelast.

Maak kennis met de "Fibro-adipogene progenitorcellen" (FAP's). Beschouw deze cellen als de veelzijdige bouwmanagers van de stad. In een gezond lichaam zijn zij nuttig: ze ruimen puin op en helpen de spierploegen weer sterk terug te groeien. Maar bij DMD gaan deze managers de verkeerde kant op. In plaats van de spieren te helpen, veranderen ze in vetcellen en littekenweefsel, waardoor de boel verstopt raakt en de spieren zwakker worden. Wetenschappers weten al lang dat deze managers zich niet aan de regels houden, maar ze begrepen niet volledig waarom ze zulke slechte beslissingen namen.

Onlangs ontdekten onderzoekers dat cellen kleine "instructiehandleidingen" hebben die microRNA's worden genoemd. Dit zijn geen grote blauwdrukken voor het bouwen van eiwitten; het zijn eerder briefjes of post-its die de cel vertellen welke instructies ze moeten negeren en welke ze moeten opvolgen. Als een briefje eraf valt of blijft plakken, kan de cel het verkeerde bouwen. Deze paper stelt een eenvoudige maar cruciale vraag: Zijn de briefjes (microRNA's) in de ongehoorzame managers (FAP's) van DMD-patiënten anders dan die van gezonde mensen? En zo ja, kunnen we de briefjes repareren om de managers te stoen de vet te bouwen?

Het verhaal van de ongehoorzame managers en de ontbrekende briefjes

De onderzoekers van Newcastle University en hun collega's besloten deze bouwmanagers van dichterbij te bekijken. Ze verzamelden FAP's van patiënten met Duchenne spierdystrofie en van gezonde individuen. Ze kweekten deze cellen in een laboratorium en gaven ze twee verschillende soorten "voeding": één die hen in een rusttoestand hield (basale condities) en een andere die hen aanmoedigde om vet te worden (adipogene condities).

Met een hoogtechnologische scanner genaamd "small RNA sequencing" lazen ze de briefjes (microRNA's) in deze cellen. Het was alsof men de post-its in het kantoor van een gezonde manager vergeleek met die in het chaotische kantoor van een DMD-manager. Ze vonden een duidelijk verschil. De DMD-managers hadden een compleet andere set briefjes dan de gezonde een. Specifiek vonden ze acht briefjes die ontbraken of in de verkeerde hoeveelheden aanwezig waren in de DMD-cellen, zelfs voordat de cellen probeerden te veranderen in vet. Wanneer ze de cellen aanmoedigden om vet te worden, veranderden de briefjes opnieuw, maar de DMD-managers hadden nog steeds een unieke, chaotische handtekening.

Eén briefje trok hun aandacht, in het bijzonder: een kleine instructie genaamd hsa-miR-196a-5p. Bij de gezonde managers was dit briefje in goede aantallen aanwezig. Maar bij de DMD-managers was het praktisch verdwenen—meer dan 4 keer minder in het lab en maar liefst 18 keer minder in het werkelijke spierweefsel van patiënten. De onderzoekers vermoedden dat dit ontbrekende briefje een belangrijke reden was waarom de managers de controle verloren.

Om dit te testen, speelden ze een spel van "wat als". Ze namen de DMD-managers en dwongen hen om meer van dit ontbrekende briefje te hebben (met behulp van een laboratoriumtechniek genaamd transfectie met een mimic). Toen ze dit deden, gebeurde er iets interessants. De managers stopten met luisteren naar de signalen die hen vertelden om vet te worden. De genen die een cel normaal gesproken in een vetcel veranderen (zoals CEBPA, PPARG en FABP4) werden aanzienlijk stiller. Het was alsof het terugplaatsen van het ontbrekende briefje op het bureau de manager deed herinneren aan zijn taak: de spieren helpen, niet vet bouwen.

Het team keek ook naar waarom dit briefje werkt. Ze ontdekten dat dit ontbrekende briefje meestal een groep genen aanpakt die HOX-genen worden genoemd (specifiek HOXC8 en HOXC9). In gezonde cellen houdt het briefje deze HOX-genen in toom. Maar in DMD-cellen, omdat het briefje ontbreekt, gaan de HOX-genen wild en verandert de cel in vet. Wanneer de onderzoekers het briefje terugplaatsten, kalmeerde de HOX-gene HOXC9 aanzienlijk, terwijl HOXC8 ook afnam, hoewel deze specifieke daling in hun tests niet statistisch significant was. Dit suggereert dat hoewel het briefje waarschijnlijk beide controleert, het bewijs voor HOXC9 sterker is in dit specifieke experiment.

Echter, het verhaal is nog geen simpel geval van "fix het briefje, en de ziekte is genezen". Wanneer de onderzoekers het tegenovergestelde probeerden te doen—het briefje weghalen bij gezonde managers om te zien of ze in vet zouden veranderen—was het resultaat minder dramatisch. De gezonde managers veranderden niet plotseling in vetfabrieken, alleen omdat het briefje ontbrak. Dit suggerek dat hoewel het ontbrekende briefje een groot deel van het probleem is, het misschien niet de enige schakelaar is. De DMD-managers kunnen andere defecte onderdelen hebben die hen vastzetten in de "vet-modus", zelfs als we dit ene briefje repareren.

De onderzoekers keken ook naar andere briefjes die veranderden wanneer de cellen probeerden vet te worden. Ze vonden briefjes zoals hsa-miR-27a-5p en hsa-miR-1908-5p die anders gedroegen in DMD-cellen vergeleken met gezonde cellen. Deze briefjes lijken deel uit te maken van het complexe gesprek dat plaatsvindt wanneer een cel beslist over haar lot, en hun gedrag wordt in de ziekte veranderd.

Wat dit betekent voor de toekomst

Deze studie beweert niet dat ze een magische genezing hebben gevonden. In plaats daarvan biedt het een nieuwe kaart. Het laat ons zien dat de bouwmanagers in de cellen van DMD-patiënten een andere "instructiehandleiding" hebben dan gezonde mensen, en dat dit verschil aanwezig is, zelfs wanneer de cellen in een schaal liggen, ver weg van het lichaam. Dit bewijst dat de ziekte de aard van deze cellen zelf verandert, en niet alleen de omgeving waarin ze leven.

De meest opwindende bevinding is dat hsa-miR-196a-5p werkt als een rem op de vetvorming. Wanneer dit ontbreekt, falen de remmen. Hoewel het terugplaatsen ervan in het lab succesvol de expressie van belangrijke vetmakende genen verminderde, waarschuwen de onderzoekers dat het meer kan vereisen dan alleen dit ene briefje om de chaos in het lichaam van een patiënt volledig te stoppen. De DMD-managers hebben misschien een hele nieuwe set instructies nodig om weer op de juiste weg te komen.

Uiteindelijk suggereert dit paper dat we, om patiënten met Duchenne spierdystrofie echt te helpen, wellicht twee dingen moeten doen: de defecte spierblauwdruk (dystrofine) repareren en de ongehoorzame bouwmanagers hertrainen door hun ontbrekende briefjes te herstellen. Het is een herinnering dat het genezen van de spier niet alleen gaat over de spier zelf; het gaat over het repareren van de hele buurt waar de spier leeft.