RNA zwerft door je lijf

Lichaamscellen communiceren onderling via microscopisch kleine blaasjes met genetisch materiaal. Dat biedt nieuwe mogelijkheden voor diagnostiek en behandeling.

Afluisteren van gecodeerde berichten in het lichaam. Daar komt het onderzoek van celbioloog Michiel Pegtel van het VU medisch centrum in Amsterdam in feite op neer. Alle lichaamscellen blijken genetische informatie te versturen, verpakt in minuscule blaasjes, exosomen geheten. De exosomen vormen een stevige envelop die ervoor zorgt dat de boodschap dagenlang door het bloed kan zwerven, in de hersenvloeistof, en zelfs in speeksel en urine terecht kan komen. Cellen verderop in het lichaam pikken de genetische informatie op, én veranderen erdoor.

Tot voor kort beschouwden wetenschappers exosomen als een soort ‘ontlasting’ van de cel. Door blaasjes met overtollige eiwitten uit te scheiden zou de cel zich regelmatig van zijn rommel kunnen ontdoen. Totdat duidelijk werd dat de blaasjes van nog geen 100 nanometer doorsnede genetische informatie bevatten, die andere cellen kan beïnvloeden. Daarbij gaat het vooral om zogeheten microRNA’s, kleine stukjes genetisch materiaal van nog geen 20 basenparen lang.

„Het was een regelrechte paradigmaverschuiving”, zegt Pegtel over het overtuigende bewijs dat hij en zijn medewerkers van het VUmc vier jaar geleden leverden voor de overdracht van microRNA’s van de ene cel naar de andere. „Dat bacteriën te hooi en te gras genetische informatie met elkaar uitwisselen wisten biologen wel, maar dat menselijke cellen in het lichaam dat ook zouden kunnen doen was ongehoord.”

Om zoiets echt aan te tonen in menselijke cellen, is heel lastig zonder een manier om de microRNA’s van cellen te kunnen markeren, legt Pegtel uit. „We hebben dat opgelost door virussen in een groepje menselijke cellen te kweken. Virussen maken hun eigen, herkenbare microRNA’s. We konden in onze experimenten laten zien dat deze virale microRNA’s ook opdoken in niet-geïnfecteerde cellen.”

Het onderzoek, gepubliceerd in PNAS op 6 april 2010, wordt nu honderd keer per jaar geciteerd. „Het was een spannende ontdekking”, zegt Pegtel. „Internationaal zijn vervolgens tientallen onderzoeksgroepen op dit onderwerp gesprongen.”

Beenmergcellen programmeren

De invloed van de zwervende microRNA’s bleek nog veel verstrekkender dan ook Pegtel ooit gedacht had. Tumorcellen blijken bijvoorbeeld op deze manier andere cellen in het lichaam naar hun hand te kunnen zetten. Ze manipuleren witte bloedcellen in de lymfeklieren zodat die de tumor niet aanvallen. Longtumoren bij muizen programmeren beenmergcellen zodanig dat de kanker makkelijker uitzaait. Dat bleek in een proef waarbij een muis een beenmergtransplantatie ontving van een donormuis die slechts exosomen uit tumorcellen kreeg toegediend; het dier bleek plotseling zelf ook veel sneller gezwellen te krijgen. „Kanker is niet een tumor die één plek in zijn directe omgeving manipuleert”, zegt Pegtel. „Nee, het blijkt een ziekte die heel veel andere cellen in je lichaam ook beïnvloedt. Dat is heel lang onderbelicht gebleven.”

Los van ziekte, hebben studies aangetoond dat ook veel immuuninteracties via exosomen verlopen. De microRNA’s daarin doen het werk. Mogelijk worden ook stamcellen op deze wijze gecontroleerd.

Hoe klein de genetische fragmenten ook zijn, ze zijn wel heel bepalend voor de werking van de cel, legt Pegtel uit. MicroRNA’s binden zich aan andere RNA-moleculen en enzymcomplexen waardoor ze grote groepen eiwitproducerende genen aan of uit kunnen zetten. Van alle meer dan 20.000 genen in het menselijk genoom staat het merendeel onder controle van microRNA’s, zegt Pegtel.

Maar hoe machinerie precies werkt is nog lang niet duidelijk. Een gemiddelde cel produceert zo’n 300 verschillende microRNA’s, maar die komen lang niet allemaal in exosomen terecht. „Waarom A wel en B niet?” Pegtel en zijn collega’s ontdekten kortgeleden een mechanisme waarmee de cel bepaalt welke microRNA’s actief zijn in de cel en welke via exosomen worden uitgescheiden (Cell Reports, 25 september). MicroRNA’s worden door enzymen voorzien van labeltjes. De moleculen die actief zijn in de cel krijgen adenosinemoleculen (A) aan hun staart geplakt, de microRNA’s die kennelijk niet nodig zijn een uracilmolecuul (U). „Het lijkt erop dat exosomen voornamelijk de niet-actieve microRNA’s van de cel bevatten. Maar diezelfde microRNA’s zouden eenmaal opgenomen in een andere cel wel weer een effect kunnen hebben.”

Omdat exosomen boordevol zitten met informatie over het lichaam (elk type cel verpakt zijn eigen kenmerkende microRNA’s in de bolletjes) lenen ze zich bij uitstek voor diagnostische testen. Pegtel en zijn collega’s zagen dat al vroeg in en vroegen octrooi op het gebruik van exosomen voor diagnostische testen. „We noemen het liquid biopsies, vloeibare biopten”, vertelt hij. Een handvol bedrijven, inclusief een spin-off in wording van de Vrije Universiteit, probeert ze op de markt te brengen.

Urinetest

Pegtel ontwikkelt een nieuwe diagnostische urinetest voor prostaatkanker op basis van exosomen. „MicroRNA’s in de prostaat verschillen bij tumoren die agressief zijn en niet-agressief. Daar kun je de behandeling op aanpassen. Je kunt patiënten indelen in groepen, waardoor je eventueel aanvullend onderzoek, imaging of weefselbiopten, veel gerichter kunt doen. De kosten zijn dan veel lager.”

Maar belangrijk: is zo’n test betrouwbaar? „De urinetesten zijn nu betrouwbaar genoeg voor artsen om op basis van de uitslag te besluiten geen nieuw biopt te nemen van de prostaat”, antwoordt Pegtel. „Dat kan dan veilig met een jaar of twee jaar worden uitgesteld.”

Bij een lymfoom, een tumor van de lymfeklieren, probeert Pegtel in samenwerking met de afdeling hematologie aan de hand van microRNA’s in het bloed te bepalen of een chemotherapie aanslaat. Internationaal zijn voor diverse typen tumoren al grote klinische studies gestart.

Behalve over kanker kunnen exosomen ook belangrijke informatie leveren over infecties, auto-immuunziekten, hersenziekten en hartfalen. Als er zoveel is af te lezen aan de inhoud van de exosomen, kun je dan in een buisje urine of bloed niet van alles simultaan diagnosticeren, een totaaltest voor alle ziekten? In theorie zou dat kunnen, zegt Pegtel, maar het is nu nog een brug te ver: „Als je precies weet wat voor tumorcel je zoekt, heb je wellicht aan één exosoom genoeg. Maar het probleem is om die te vinden, want ook gezonde cellen communiceren volop via exosomen. Je hebt dus ontzettend veel achtergrondruis. Dat is de bottleneck van een brede diagnostiek.”

Een andere intrigerende gedachte is dat de genetische boodschap die in de exosomen verpakt zit ook opgepikt kan door cellen buiten het eigen lichaam. Menselijke microRNA’s zouden bijvoorbeeld ook invloed kunnen hebben op bacteriën in de darmen. „Heel goed mogelijk”, oordeelt Pegtel. Hij wijst op de verbazingwekkende bevinding van Chinese onderzoekers die microRNA’s uit rijst terugvonden in menselijke cellen en daar de stofwisseling zouden beïnvloeden. Voorzichtigheid blijft geboden want Amerikanen vonden met net iets andere technieken geen bewijs hiervoor. Maar dat er genetische interactie is van de mens met zijn inwonende bacteriën, is „vrijwel zeker”, zegt Pegtel. „Ik denk dat we heel binnenkort publicaties hierover kunnen verwachten.”