Macrophage lncRNA SIMALR at TNFAIP3 risk locus encodes HLA class II-binding micropeptides in type 1 diabetes

Type 1 diabetes is een aandoening waarbij het eigen immuunsysteem van het lichaam per ongeluk de cellen in de pancreas aanvalt en vernietigt die insuline maken. Decennialang wisten wetenschappers al dat de genetische code van een persoon de aanwijzingen bevat voor waarom dit gebeurt. Terwijl sommige van deze aanwijzingen te vinden zijn in de beroemde HLA-regio, die fungeert als een belangrijke controlecentrale voor het immuunsysteem, hebben onderzoekers ook tientallen andere genetische plekken geïdentificeerd die het risico op de ziekte vergroten. Het probleem is dat de meeste van deze plekken geen instructies bevatten voor het maken van eiwitten, de werkpaarden van onze cellen. In plaats daarvan bevinden ze zich in wat wetenschappers het "donkere genoom" noemen, een uitgestrekt gebied van DNA dat ooit als stil of nutteloos werd beschouwd. De grote vraag is geweest: wat gebeurt er in deze donkere regio's, en hoe triggeren zij een aanval op de pancreas?

Een nieuwe studie door onafhankelijk onderzoeker Reza Anvaripour werpt een licht op een van deze mysterieuze plekken. Gelegen op chromosoom 6, staat dit gebied bekend als een sterke risicofactor voor type 1 diabetes, maar tot nu toe wist niemand precies welk gen of molecuul verantwoordelijk was voor het gevaar. De onderzoeker richtte zich op een specifieke genetische variant, een minuscule verandering in de DNA-code, die gekoppeld is aan de ziekte. Door te kijken naar hoe menselijke cellen reageren op de chemische signalen van ontsteking, onthulde de studie een verborgen speler: een lange streng genetisch materiaal genaamd SIMALR. Dit molecuul, gevonden in immuuncellen genaamd macrofagen, lijkt een sleutelstuk van de puzzel te zijn, wat potentieel een nieuwe verklaring biedt voor hoe het immuunsysteem wordt misleid om het lichaam aan te vallen.

Het onderzoek begon met het nemen van menselijke pancreascellen, de cellen die juist worden vernietigd bij type 1 diabetes, en het blootstellen van deze aan een cocktail van ontstekingschemische stoffen. Deze chemicaliën bootsen de omgeving van een actieve immuunaanval na. De onderzoekers keken vervolgens hoe de cellen reageerden, specifiek zoekend naar veranderingen in het donkere genoom. Ze ontdekten dat wanneer deze cellen werden gestrest door ontsteking, ze een groot aantal voorheen stille genetische strengen activeerden. Onder de vierentwintig actieve strengen viel er één op. Het was SIMALR, een lang niet-coderend RNA-molecuul dat zich slechts 59.000 letters verwijderd bevindt van de bekende risicoplek op het chromosoom.

Wat SIMALR zo interessant maakte, was het gedrag ervan. Het kwam voor in elke enkele een van de negentien geteste donoren, waarbij het sterk werd ingeschakeld zodra de ontstekingschemicaliën aanwezig waren. Cruciaal was dat deze reactie specifiek was voor de diabetes die in de studie werd onderzocht. Wanneer de onderzoekers keken naar cellen van mensen met type 2 diabetes, een andere vorm van de ziekte, bleef SIMALR stil. Dit suggereert dat het molecuul niet slechts een algemene reactie op stress is, maar een specifiek onderdeel van het mechanisme achter type 1 diabetes. De studie vond ook dat SIMALR wordt gereguleerd door twee belangrijke schakelaars in de cel, bekend als NF-kB en STAT3, die beroemd zijn om het controleren van hoe het immuunsysteem reageert op dreigingen.

De meest verrassende ontdekking kwam toen de onderzoekers nauwer naar het SIMALR-molecuul zelf keken. Hoewel het werd geclassificeerd als "niet-coderend", wat betekent dat het niet bedoeld is om eiwitten te maken, voorspelde de studie dat het in feite korte instructies verbergt voor het maken van piepkleine stukjes eiwit genaamd micropeptiden. De onderzoekers gebruikten computermodellen om te zien of deze kleine stukjes in de sloten van het immuunsysteem pasten, specifiek de HLA klasse II-moleculen die bekend staan om hun betrokkenheid bij type 1 diabetes. De resultaten waren opvallend. De modellen voorspelden dat verschillende van deze micropeptiden stevig zouden binden aan de immuunsloten die geassocieerd worden met de ziekte, met name een type genaamd DQ8 en een ander genaamd DRB1*03:01.

Misschien nog belangrijker is dat deze piepkleine peptiden niet leken op de bekende doelwitten van de immuunaanval. Bij type 1 diabetes valt het immuunsysteem meestal specifieke eiwitten aan die worden gemaakt door de insulineproducerende cellen, zoals insuline zelf of GAD65. De onderzoekers vergeleken de SIMALR-peptiden met een database van meer dan 1.900 bekende doelwitten en vonden geen overeenkomsten. Dit suggereert dat SIMALR een compleet nieuw soort doelwit aan het immuunsysteem kan presenteren, een doelwit dat niet afkomstig is van de bètacellen zelf, maar van de immuuncellen die eromheen liggen. Dit zou betekenen dat het immuunsysteem een ander soort antigeen aanvalt, wat de bekende reikwijdte van de ziekte vergroot.

Om te zien of dit molecuul in de echte wereld bestaat, controleerden de onderzoekers gegevens uit menselijke bloedmonsters. Ze vonden dat SIMALR aanwezig is in monocyten, een type witte bloedcel dat fungeert als een macrofaag. Hoewel het molecuul detecteerbaar was in het bloed, weken de niveaus van SIMALR de mensen met type 1 diabetes niet duidelijk af van gezonde mensen in de grote datasets die zij onderzochten. Echter, in een kleinere groep mensen die zich in de vroege stadia van de ziekte bevonden, leken de niveaus van SIMALR hoger, wat erop wijst dat het mogelijk het meest actief is tijdens het ontstaan van de aandoening.

De studie liep ook tegen een aanzienlijke hindernis aan toen het probeerde deze piepkleine peptiden in daadwerkelijk weefsel te vinden. De onderzoekers doorzochten een enorme database van peptiden gevonden in menselijke pancreascellen, maar ze vonden geen SIMALR-stukjes. Dit negatieve resultaat is niet noodzakelijkerwijs een mislukking; het betekent waarschijnlijk dat de peptiden in zulke kleine hoeveelheden worden geproduceerd, of in een zo specifiek type cel binnen de pancreas, dat ze te zeldzaam zijn om gevangen te worden in een algemene zoekopdracht. De onderzoekers suggereren dat wetenschappers, om ze te vinden, specifiek naar de immuuncellen moeten kijken die in de pancreas leven, in plaats van naar het hele orgaan gemengd te kijken.

Het artikel concludeert dat SIMALR een sterke kandidaat is voor de ontbrekende schakel bij deze specifieke genetische risicoplek. Het is een molecuul dat alleen wordt geactiveerd wanneer het immuunsysteem in een staat van ontsteking verkeert, het wordt gevonden in immuuncellen, en het produceert piepkleine eiwitfragmenten waar het immuunsysteem bij bekend staat te reageren bij type 1 diabetes. Hoewel de studie gebaseerd is op computeranalyse en bestaande gegevens in plaats van nieuwe laboratoriumexperimenten, biedt het een duidelijke en testbare hypothese. Het suggereert dat het immuunsysteem mogelijk een nieuw doelwit aanvalt, een doelwit dat in de macrofagen leeft in plaats van in de insulinecellen. Dit opent een nieuwe deur voor het begrijpen van de ziekte, waarbij de focus verschuift van enkel de cellen die worden vernietigd naar de immuuncellen die de vernietiging uitvoeren. De volgende stap voor de wetenschap is om deze voorspelling in het laboratorium te testen en te zien of deze piepkleine peptiden inderdaad aan het immuunsysteem worden getoond bij patiënten met type 1 diabetes.