‘Onderzoek bij tweelingen geeft nieuwe inzichten die kunnen helpen bij therapie voor MS-patiënten’

Voor de Universiteit Van Vlaanderen staat neurowetenschapper Tim Vanmierlo stil bij de verschillen tussen eeneiige tweelingen.

Eeneiige tweelingen starten in de baarmoeder al van bij het prille begin met een identiek bouwplan. Dit bouwplan noemen we ook ons genoom. Het genoom bestaat uit 23 paar chromosomen die een code definiëren, namelijk ons DNA. De code van het DNA is identiek in elke cel van ons lichaam. Het DNA is opgebouwd uit een afwisseling van 4 bouwsteentjes: een A, T, G, en C. De unieke afwisselende volgorde waarin deze bouwstenen elkaar opvolgen is een aaneenschakeling van 3 miljard bouwsteentjes verdeeld over onze 46 chromosomen. De code van ons DNA bepaalt hoe we eruitzien en zelfs of we voorbeschikt zijn om bepaalde ziektes te ontwikkelen.

In tegenstelling tot niet-eeneiige tweelingen, is het DNA van eeneiige tweelingen identiek. In ongeveer 1 op 250 zwangerschappen zal de bevruchte eicel gaan delen op zo een manier dat twee groepjes cellen met dezelfde code zullen uitgroeien tot eeneiige tweelingen. Eeneiige tweelingen ontstaan dus uit dezelfde zaadcel die één eicel bevrucht en zijn als het ware een genetische kloon van elkaar

Als we bij geboorte kijken naar een eeneiige tweeling, is het erg moeilijk om verschillen op te merken omdat beide tweelingen volgens hetzelfde bouwplan “opgebouwd” zijn. Toch zien we al vrij snel kleine verschillen die ons toelaten om hen te onderscheiden van elkaar. Zo kunnen er pigmentvlekjes op verschillende plekken op het lichaam verschijnen, kunnen de kinderen op verschillende momenten een griepje oplopen en zullen ze ook elk een eigen karakter ontwikkelen. Zelfs erfelijke aandoeningen zullen niet op hetzelfde moment naar voren komen in eeneiige tweelingen.

Ondanks een identiek bouwplan ondergaan tweelingen net zoals alle mensen verschillende omgevingsfactoren. Deze omgevingsfactoren zijn heel divers en hebben al heel vroeg een invloed op de uitvoering van het bouwplan in de eeneiige tweeling. Zo kunnen een verschil in bloedtoevoer in de baarmoeder, het eten van verschillend voedsel doorheen het leven, het al dan niet roken, het meer of minder zonlicht op de huid ontvangen en zelfs het ervaren verschillende emoties er allemaal toe leiden dat het bouwplan van de eeneiige tweelingen niet opdezelfde manier zal worden uitgelezen. Al deze omgevingsfactoren zullen een mogelijk blijvende invloed hebben op de verschillende cellen in ons lichaam.

Daarbij kan het helpen om ons genoom, het bouwplan, te zien als grote verzameling van barcodes. Sommige barcodes zullen af te lezen zijn terwijl andere barcodes afgeplakt zijn. Het scannen van deze barcodes in cellen van ons lichaam, bepaalt welk deel van het grote bouwplan afgelezen kan worden in de specifieke cellen en welk deel niet. Zo zullen -ondanks het identieke bouwplan- in een hartcel niet dezelfde barcodes afgeplakt zijn als bijvoorbeeld in een hersencel. Omgevingsfactoren zoals roken, zonlicht en emotionele ervaringen zorgen er mee voor dat barcodes al dan niet beschikbaar gemaakt worden. Op deze manier zorgt de bloodstelling aan omgevingsfactoren ervoor dat het bouwplan net iets anders afgelezen zal worden.

Het al dan niet beschikbaar maken of afplakken van deze “barcodes” noemen we epi-genetica. Lettelijk betekent dit “bovenop ons genoom”. Met andere woorden, het bouwplan verandert niet, maar het uitlezen ervan wel. Dit verschil in beschikbare barcodes verklaart dus waarom één deel van een tweeling wel ziek kan worden terwijl het andere deel van deze tweeling niet ziek zal worden.

In ons onderzoek aan het biomedisch onderzoeksinstituut (UHasselt) en de universiteit van Maastricht houden we ons onder andere bezig met het bestuderen van epigenetica in multiple sclerose (MS). We onderzoeken de zogenoemde barcodes in modellen voor de ziekte met het oog op het vinden van nieuwe aangrijpingspunten voor de behandeling van MS.

MS is een aandoening van het centrale zenuwstelsel. In het centrale zenuwstelsel, onze hersenen en het ruggemerg, zitten zenuwcellen die er voor zorgen dat we kunnen denken en dat we dingen kunnen doen. Om het denken en het doen zo efficiënt mogelijk aan te sturen, zit er een isolatielaagje, het myeline, rond deze zenuwcellen. Het myeline is te vergelijken met de isolatie rond koperdraad in een elektrisch snoer. Als de isolatie rond een snoer wegvalt, zal uiteindelijk het snoer stuk gaan waardoor de stroom onderbroken wordt.

Dit gebeurt op een vergelijkbare manier in het centrale zenuwstelsel van MS-patiënten. Tijdens het ziekteprocess wordt de isolatielaag rond onze zenuwcellen aangevallen door onze eigen afweercellen. Het onstekingsproces zorgt ervoor dat het myeline rond de uitlopers van zenuwcellen verdwijnt. Hierdoor kunnen MS-patiënten erg vermoeid zijn en worden de spieren ook vaak moeilijker aangestuurd.

Gelukkig zijn er cellen in onze hersenen die deze schade kunnen herstellen en een nieuw laagje myeline rond de “blote” zenuwcellen aanleggen. De herstelcellen vormen ongeveer 5% van alle cellen in ons centraalzenuwstelsel en vormen een vangnet om de gemaakte schade te herstellen. De symptomen bij de patient zullen na het herstel weer afnemen. Helaas neemt het herstel van de isolatielaag na 10 tot 15 jaar in ongeveer de helft van de MS-patiënten af waardoor de symptomen chronisch worden. Deze patiënten noemen we secundair progressieve MS-patiënten. De aangebrachte schade zal geleidelijk toenemen in deze 1 miljoen progressieve MS-patiënten. Als we gaan kijken in hersenen van overleden MS-patienten dan zien we dat de herstelcellen nog steeds aanwezig zijn, maar vreemd genoeg willen of kunnen de herstelcellen de isolatielaag nier meer herstellen.

Hoe komt het nu dat deze herstelcellen eerst wel nieuw myeline aanmaken en dit plots niet meer kunnen? Het DNA, de barcodes in het bouwplan van deze cellen is namelijk onveranderd doorheen het ziekteproces. Het lijkt er dus op dat de juiste barcodes van het bouwplan in deze cellen niet meer juist afgelezen kunnen worden en dus mogelijk anders afgeplakt zijn door de aanhoudende invloed van de onstekingsreactie op deze cellen. Hierdoor zal dat deel van het bouwplan dat codeert voor de productie van de isolatielaag niet meer afgelezen kunnen worden waardoor deze herstelcellen hun normale functie niet meer kunnen uitoefenen. De herstelcellen in een MS-patient zijn te vergelijken met als eeneiige tweelingen met hetzelfde genoom. Het genoom van de herstel cellen is nog steeds hetzelfde, maar door de blootstelling aan omgevingsfactoren wordt functie veranderd.

Wij hebben zeer recent gevonden dat het actief afplakken van barcodes die belangrijk zijn voor het onderdrukken van de herstelfunctie in herstelcellen er toe kan leiden dat de herstelfunctie gestimuleerd wordt. Het bestuderen en veranderen van de epigentica laat ons toe om meer inzicht te krijgen in de verstoorde herstelprocessen bij MS. In de volgende jaren willen we uitzoeken of het patient-specifiek identificeren en veranderen van de barcodes kan bijdragen aan een personalized medicine-benadering van de behandeling van progressive MS-patiënten. Bovendien, kunnen deze studies ook bijdragen aan het identificeren van nieuwe doelwitten voor behandelingen. Progressieve MS zal dus volgende week nog niet van de aardbol verdwenen zijn, maar we zijn wel een stapje dichter bij een mogelijke behandeling.

Met andere woorden, het feit dat eeneiige tweelingen zich anders ontwikkelen ondanks dat ze hetzelfde bouwplan hebben, heeft ons geleerd dat de beschikbaarheid van barcodes verandert doorheen het leven onder invloed van blootstellingen aan omgevingsfactoren. Verschillende omgevingsfactoren brengen teweeg dat het bouwplan bij elk deel van de eeneiige tweeling anders uitgelezen wordt. Deze vindingen in tweelingen, hebben ons laten inzien dat de herstelcellen die als het ware tweelingcellen zijn met hetzelfde bouwplan in onze hersenen eerst wel de schade kunnen herstellen, maar dit later niet meer kunnen. Met andere woorden, de barcodes worden dus doorheen het ziekteproces anders afgeplakt of vrijgemaakt. Het terug veranderen van barcodes kan in de toekomst mogelijk bijdragen aan een mogelijke therapie bij MS-patienten.