Het immuunsysteem van sommige mensen ‘herinnert’ zich CRISPR-Cas9 en dat kan gevolgen hebben voor deze veelbelovende gentherapie.

Het is een hot item: de gentherapie die kortweg CRISPR-Cas9 wordt genoemd. De therapie stelt onderzoekers in staat om het (menselijk) genoom heel nauwkeurig en snel te veranderen (zie kader) en is bijzonder veelbelovend. “Veel onderzoeksgroepen zijn het systeem aan het ontwikkelen, zodat het gebruikt kan worden om genetische ziekten onder mensen te behandelen,” vertelt onderzoeker Carsten Charlesworth aan Scientias.nl. Dat kan op twee manieren. “Door het genoom in cellen van patiënten buiten het lichaam te veranderen (ex-vivo), zodat ziekteverwekkende mutaties gecorrigeerd worden – waarna die aangepaste cellen weer in het lichaam van de patiënt worden getransplanteerd. Of door het CRISPR-Cas9-systeem direct in het lichaam van een persoon te plaatsen (in-vivo), waar het het genoom van cellen in het lichaam aanpast.”

CRISPR-Cas9 is eigenlijk heel handig afgekeken van de natuur. Bacteriën gebruiken de ‘gentherapie’ al heel lang om zich te wapenen tegen virussen. Hoe dat werkt? Zodra een virus een bacterie binnendringt, verwerkt de bacterie het DNA van dit virus in een bijzondere DNA-sequentie die ‘Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats’, oftewel CRISPR wordt genoemd. Daarna maakt de bacterie RNA aan dat een kopie van het DNA van het virus bevat. Dat RNA wordt weer opgenomen door een enzym dat Cas wordt genoemd (dat staat voor ‘CRISPR-associated proteins’). Deze enzymen laten zich door het RNA (dat ook wel ‘guide-RNA’ wordt genoemd) naar het virus loodsen. Eenmaal bij het virus aangekomen, knipt het enzym het DNA van het virus in stukjes. Het resultaat? Het virus kan zich niet meer vermenigvuldigen. Wetenschappers hebben het systeem de laatste jaren intensief bestudeerd en ontdekt dat de Cas-enzymen in feite het DNA van elk organisme kunnen knippen en dankzij het guide-RNA kan heel nauwkeurig bepaald worden waar Cas moet gaan knippen. Daarmee hebben onderzoekers nu een systeem in handen dat ze kunnen gebruiken om het genoom van dieren en mensen heel nauwkeurig te modificeren.

Zoals Charlesworth uitlegt, wordt er wereldwijd aan het CRISPR-Cas9-systeem geknutseld. “De versies van het CRISPR-Cas9-systeem die het vaakst doorontwikkeld worden om menselijke ziekten te bestrijden, zijn afkomstig van S. pyogenes (de bacterie die streptokokkenkeel veroorzaakt) en S. aureus (de bacterie die een stafylokokkeninfectie veroorzaakt).” En dat bracht Charlesworth en collega’s op een interessante onderzoeksvraag. “Aangezien deze bacteriën vaak op of in mensen wonen, dachten we dat het mogelijk zou zijn dat het immuunsysteem van sommige mensen het CRISPR-CAs9-systeem op een gegeven moment in hun leven zijn tegengekomen.”

Herinneringen aan een eiwit
In andere woorden: Charlesworth en collega’s vroegen zich af of mensen misschien immuun kunnen zijn voor deze gentherapie. Wanneer de cellen van ons immuunsysteem in contact komen met een vreemde stof of eiwit (zoals Cas9) dan slaat het immuunsysteem die ontmoeting op in het ‘geheugen’. “Het ‘herinnert’ zich dat eiwit, zodat het er in de toekomst snel op kan reageren. Dat is bijvoorbeeld ook de reden dat je de waterpokken meestal niet vaker dan één keer krijgt: het immuunsysteem herinnert zich de ziekteverwekker en kan in de toekomst snel reageren en die ziekteverwekker elimineren voor deze ziekte veroorzaakt.” Je bent dan dus immuun geworden voor de waterpokken. Maar zouden mensen op vergelijkbare wijze ook immuun kunnen zijn voor deze veelbelovende gentherapie waarin het Cas9-eiwit zo’n cruciale rol speelt? Charlesworth en collega’s hebben dat uitgezocht. “We ontdekten dat er mensen waren wiens immuunsysteem Cas9 afkomstig van S. pyogenes en S. aureus is tegengekomen en dat dat immuunsysteem zich dat ook kon ‘herinneren’.”

“Als je probeert om Cas9 direct in het lichaam van een mens te brengen om zijn cellen aan te passen en die persoon is immuun voor Cas9 dan doet het waarschijnlijk elk therapeutisch effect teniet”

Geen therapeutisch effect..
Maar wat betekent dat dan precies voor CRISPR-Cas9? Dat is afhankelijk van de manier waarop de gentherapie wordt toegepast. “Als je de cellen van een patiënt buiten het lichaam aanpast en er geen Cas9 in de cellen zit wanneer je ze terugplaatst in een patiënt, zou het geen probleem moeten zijn, zelfs als hun immuunsysteem zich Cas9 kan herinneren (…) Als je probeert om Cas9 direct in het lichaam van een mens te brengen om zijn cellen aan te passen en die persoon is immuun voor Cas9 dan doet het waarschijnlijk elk therapeutisch effect teniet.”

..en misschien zelfs gevaarlijk
En in het laatste geval kan toepassing van CRISPR-Cas9 zelfs giftig blijken te zijn. Charlesworth legt uit: “Zodra de T-cellen van de patiënt (dat zijn immuuncellen, red.) Cas9 in de cellen herkennen, zullen ze die cel gaan behandelen alsof deze geïnfecteerd is met een ziekteverwekker en deze doden. Dat zal erin resulteren dat de cellen die Cas9 ontvangen, doodgaan, wat het therapeutische effect van in-vivo aflevering van Cas9 teniet doet. Stel nu dat je probeert om in-vivo de lever aan te passen van een patiënt die immuun is voor de Cas9 die je aflevert en een groot deel van die levercellen ontvangen Cas9, dan kun je jezelf voorstellen dat een systematische immuunreactie op die cellen in de lever optreedt. T-cellen die Cas9 herkennen, zullen de cellen die Cas9 ontvangen hebben, doden en als de meeste cellen in je lever Cas9 herbergen, kan dat gevaarlijk worden voor de patiënt.”

Vervolgonderzoek

Het onderzoek van Charlesworth en collega’s moet nog peer-review ondergaan, maar Charlesworth ziet al genoeg handvaten voor vervolgonderzoek. Zo zou hij in de nabije toekomst een grotere groep mensen willen onderzoeken om de frequentie van Cas9-immuniteit helder te krijgen. Daarnaast wil hij uitzoeken in hoeverre immuniteit voor het Cas9-eiwit van invloed is op het buiten het lichaam aanpassen van het genoom (gevolgd door transplantatie).

Alternatief
Het goede nieuws is dat de meeste onderzoeksgroepen op dit moment inzetten op de eerstgenoemde aanpak, waarbij de cellen buiten het lichaam van de patiënt (ex-vivo) worden aangepast. Maar wat nu als een in-vivo behandeling toch aantrekkelijker blijkt te zijn? Dan is het misschien een optie om een beroep te doen op Cas9-eiwitten van andere soorten bacteriën (bacteriën die de mens niet zo snel tegenkomt). “Ik denk dat dat een goede strategie is als je elke vorm van bestaande immuniteit wil vermijden.”

Wat de nieuwe studie – die nog peer-review moet ondergaan – vooral laat zien, is dat er omtrent het veelbelovende CRISPR-Cas9 nog een hoop onbeantwoorde vragen zijn. Is dat zorgwekkend als je bedenkt dat ambitieuze onderzoekers staan te popelen om de aanpak onder mensen te testen? “Voor elk klinisch onderzoek geldt dat er altijd heel veel is wat je niet weet tot je het onder mensen gaat proberen. Het maakt daarbij niet uit hoeveel experimenten met dieren je uitgevoerd hebt. Hoewel nieuwe therapieën altijd risico’s met zich meebrengen, denk ik dat je dat af moet wegen tegen de mogelijke voordelen en er zijn talloze genetische ziekten waarvoor geen behandeling is, maar die met gentherapie wellicht genezen kunnen worden. Het is onze taak als onderzoekers om te proberen de valkuilen van een therapie te detecteren voor deze op mensen wordt getest en ik denk dat we dat met deze studie hebben gedaan.”