Duchenne spierdystrofie (DMD) wordt veroorzaakt door de afwezigheid van functioneel dystrofine eiwit. Dit eiwit heeft een belangrijke verbindende rol en verbindt de eiwitten van het skelet van de spiervezels aan het bindweefsel dat de spiervezels omgeeft. Dystrofine werkt als een schokdemper en beschermt de spiervezels tegen schade tijdens spierbewegingen (samentrekking en ontspanning van de spiervezels).
Dystrofine is te beschouwen als het touw tussen het anker en de boot (Figuur 1). Het anker kan alleen functioneren als het touw (dystrofine) verbonden is aan zowel het anker als de boot.

Ouders_001
Figuur 1. Dystrofine heeft een anker functie

De blauwdruk van het dystrofine gen ligt binnen het DMD gen. De delen van het DMD gen die de genetische informatie bevatten die de cel nodig heeft voor het genereren van eiwitten heten “exonen”. Het DMD gen heeft 79 exonen (Figuur 2). Deze exonen passen aan elkaar als een legpuzzel en vormen samen de genetische code voor het dystrofine gen.

oudeScientific background of the exon skip therapy
Figuur 2: De exonen van het DMD gen.

Duchenne patiënten hebben fouten (mutaties) in hun DMD gen. De meest voorkomende fout is dat er een of meerdere exonen missen van het gen: een “deletie”. In het voorbeeld in Figuur 3 is er een deletie van exon 48, 49 en 50 (48-50).

mutatie in de dmd code
Figuur 3. Een deletie van exon 48-50.

Wanneer we inzoomen op het deel waar de mutatie zich bevindt zien we dat exon 47 niet past op exon 51 (Figuur 4).

Deletie

Figuur 4. Exon 47 past niet op exon 51.

Aangezien exon 47 en exon 51 niet op elkaar passen is de genetische code gebroken. Het vervolg is dat de blauwprint onleesbaar wordt na exon 47 en de translatie naar dystrofine te vroeg wordt gestopt in exon 51. Aangezien dystrofine moet binden aan twee verschillende componenten (skelet en bindweefsel) is dit dystrofine eiwit geheel niet-functioneel (Figuur 5).

Ouders_005
Figuur 5. Door de fout in het DMD gen is alleen het begin van het dystrofine eiwit gemaakt. De verbinding is compleet verloren: “het deel van het touw rondom de boot is niet beschikbaar, dus de boot vaart weg”.

Vanwege het gebrek aan functioneel dystrofine zijn de spiervezels van Duchenne patiënten heel gevoelig voor spierschade. U bent waarschijnlijk bekend met de gevolgen.

Het is mogelijk dat de mutatie niet de genetische code van het DMD gen verstoort, zoals te zien in een voorbeeld in Figuur 6 en Figuur 7.

Wetenschappelijke achtergrond van de exon skip therapy
Figuur 6. Een deletie van exon 48-51.
Deletie
Figuur 7. Exon 47 past op exon 52.

Door de mutatie missen exon 48, 49, 50 en 51. Exon 52 past aan exon 47 dus de genetische code blijft behouden. Ondanks de mutatie blijft de blauwdruk leesbaar en de eiwit synthese kan doorgaan na de mutatie. Aangezien het begin en het einde van het dystrofine eiwit nu aanwezig zijn, is de verbinding niet verloren. Het eiwit is wel een stuk korter (het deel dat werd vertaalt in exon 48-51 mist). Dit dystrofine eiwit is dus grotendeels functioneel (Figuur 8).

Scientific background of the exon skip therapy
Figuur 8. Dystrofine dat een stuk mist in het midden is deels functioneel: “het touw is iets korter, maar de boot in verbonden aan het anker en wordt op zijn plaats gehouden”.

Fouten die niet de genetische code verstoren worden gevonden in Becker spierdystrofie (BMD) patiënten. Aangezien het dystrofine van deze patiënten deels functioneel is, zijn de spiervezels minder gevoelig voor schade dan de spiervezels van Duchenne patiënten. Over het algemeen is het verloop van de ziekte minder ernstig.

Wetenschappelijke achtergrond van de exon skip therapie

Het doel van exon skip therapie is om de genetische code van Duchenne patiënten te herstellen. Dit resulteert in de synthese van een deels functioneel dystrofine eiwit in plaats van een niet-functioneel eiwit. Hopelijk kan hierdoor het verloop van de ziekte vertraagt of zelfs gestopt worden.

Exonen kunnen geskipped worden door zogenoemde antisense oligonucleotiden (AONs). Dit zijn kleine, synthetische stukjes gemodificeerd DNA die een specifieke exon kunnen bedekken (Figuur 9). Hierdoor zal dit exon geskipped worden als de genetische code wordt samengesteld.

In het voorbeeld van Figuur 9 herstelt het skippen van exon 51 de genetische code.

Ouders_009
Figuur 9. Exon skipping voor een patiënt met een deletie van exon 48-50.

Door de deletie is exon 47 verbonden aan exon 51 wanneer de genetische code wordt samengesteld. Deze exonen passen niet aan elkaar en de genetische code wordt verbroken (eiwit isolatie wordt vroegtijdig gestopt). Door het gebruik van een AON specifiek voor exon 51 wordt dit exon verstopt en geskipped tijdens het samenstellen van de genetische code. Nu wordt exon 47 aan exon 52 verbonden, wat wel op elkaar past: de genetische code is hersteld en eiwit synthese kan worden voltooid.