UPDATE:

Ineke Braakman, Utrecht 3-7-2021

Onze zoektocht naar Helpende Handen voor CFTR

Wij eten eiwitten omdat we de bouwstenen van die eiwitten (de aminozuren) recyclen en nodig hebben om continu nieuwe eiwitten van te maken. Dat gebeurt in alle cellen van ons lichaam, waar de eiwitten bijna al het werk doen. Ze kunnen dat werk alleen doen als ze de juiste vorm hebben gekregen en dat is onmogelijk zonder hulp. Die hulp wordt geboden door zogenaamde ‘helpereiwitten’, in het onderzoeksveld moleculaire chaperones genoemd.

Cystic Fibrosis en CFTR

In cystic-fibrosispatiënten is het CFTR-eiwit defect. Normaal functioneert het als een zoutkanaal met ingebouwde sluis en daarvoor moet het in de juiste vorm "gevouwen" zijn (zoals in het plaatje). Net als bij een echte sluis kunnen er talloze mankementen ontstaan.

 

CFTR bestaat uit 1480 verschillende onderdelen, die als een kralenketting aan elkaar vastzitten. Het is daarom flink ingewikkeld om die lange ketting tot een werkende sluis en kanaal in elkaar te vouwen!

Het helpt dat CFTR eerst in 5 onderdelen vouwt. Dan wordt het een ketting van 5 aan elkaar vastzittende puzzelstukken (T1, N1, R, T2, N2, zie tekening boven) die in elkaar moeten grijpen. Maar dan nog lukt dit niet zonder hulp en dan is CFTR nog maar 1 van de ongeveer 20.000 verschillende eiwitten in ons lichaam die moeten vouwen.

Ivacaftor, Orkambi en Trikafta 

De unieke geneesmiddelen die nu beschikbaar zijn voor CF-patiënten pakken de basis van de ziekte aan: de mankementen in het mutante CFTR-eiwit. Orkambi bijvoorbeeld bevat Lumacaftor, een 'corrector' die de vouwing van het CFTR-eiwit verbetert en CFTR ondersteunt zoals krukken, zodat het eiwit weer kan lopen en stabieler is. Ook zit in Orkambi een 'potentiator', een stof die het zwakke eiwit stimuleert, zoals een stevige kop koffie bij ons doet. Dat het verbeteren van het CFTR-eiwit
werkt voor patiënten is daarmee wel bewezen.

Nu is elke patiënt verschillend, en zijn de beschikbare middelen nog niet voldoende om alle patiënten van CF te bevrijden. Daarom hebben wij voor een andere benadering gekozen, ook gericht op het vouwingsprobleem van CFTR-mutanten.

Helpereiwitten

De cel pakt het vouwingsprobleem aan met een grote verzameling helpereiwitten die in teams werken, waarbij een ‘hoofdhelper’, chaperone, omringd wordt door ‘assistent-helpers’, co-chaperones. Zonder die helpereiwitten kan het gezonde CFTR niet zijn actieve vorm krijgen en de defecte, zieke vormen van CFTR hebben die hulp nog veel harder nodig. Ondanks die extra hulp zijn er toch patiënten, omdat de CFTR-mutanten het niet redden.

We hebben eerder al gevonden dat gezond CFTR-eiwit hulp nodig heeft van het chaperone Hsp90. Zonder Hsp90 vouwt het gezonde CFTR-eiwit net zo slecht als de meest voorkomende zieke variant, F508del-CFTR. Hsp90 is als een spin in een web van chaperones en co-chaperones die allemaal helpen om de werking van Hsp90 te regelen en verbeteren.

Samen met het laboratorium van Prof. Georgios Karras in Houston (VS) hebben we nu ook ontdekt dat er nóg een chaperone nodig is voor de vouwing van CFTR, namelijk Hsp70. Verder lijkt de hulp van Hsp90 en Hsp70 specifiek voor het CFTR-eiwit te zijn, omdat familieleden van het CFTR-eiwit veel minder afhankelijk zijn van Hsp90. Ook hebben we kunnen bepalen dat Hsp90 en Hsp70 vooral aan het N1-deel binden (het paarse gedeelte in het plaatje). Dat is ook precies het deel waar de F508del mutant zit. N1 blijkt de basis te zijn van een goed-functionerend CFTR-kanaal en veel mutaties in N1 leiden tot de sterkste assistentie door de helpereiwitten en toch de sterkste defecten.

Hoe nu verder?

We hebben gevonden welke twee chaperones belangrijk zijn voor het vouwen en goed functioneren van het CFTR-eiwit en we hebben gevonden welk deel van CFTR ze binden. Wat we nog niet weten is hoe hulp van de helpereiwitten de andere CFTR-onderdelen beïnvloedt. Doen zij het ook beter, of juist slechter, als alle hulp naar één onderdeel gaat? Of krijgen die andere delen toch ook hulp, maar minder of anders?

Zoals boven beschreven, werken de chaperones in grote teams met co-chaperones. Doordat we nu zo veel weten over de chaperones en hoe het CFTR-eiwit vouwt tot zijn werkzame vorm, gaan we inzoomen op de assistent-helpers, de co-chaperones, en op het maatwerk dat die teams leveren op elke patiëntmutant. We verwachten te ontdekken hoe elk helperteam eruit ziet: welke (assistent)helpers binden aan het gezonde en aan elk mutante CFTR-eiwit. De volgende stap is het onderzoeken hoe het manipuleren van die teams de CFTR-mutanten verandert. Dat levert aangrijpingspunten op voor het ontwikkelen van een nieuw soort geneesmiddel voor CF, dat het defecte eiwit aanpakt via de chaperone-teams.

 

Vastberaden CF te verslaan

Ineke Braakman, Utrecht 28-2-2018                                          

Onze zoektocht naar Helpende Handen voor CFTR
Wij eten eiwitten omdat we de bouwstenen van die eiwitten
(de aminozuren) nodig hebben om continu nieuwe eiwitten van te maken.
Dat gebeurt in alle cellen van ons lichaam, waar de eiwitten bijna al het werk doen.
Ze kunnen dat werk alleen doen als ze de juiste vorm hebben gekregen en dat is onmogelijk zonder hulp.
Cystic Fibrosis wordt veroorzaakt door een defect in het grote en ingewikkelde eiwit CFTR. In ons project zijn we op zoek naar de helpereiwitten die CFTR helpen om zijn actieve vorm te krijgen.
Eiwitten zijn kralenkettingen die oprollen (dat noemen we “vouwen”) tot een bepaalde 3D-vorm.
Alleen als CFTR de juiste vorm heeft (zoals in het plaatje) kan het zijn werk doen, het transporteren van zout de cel uit.
CFTR is een kralenketting van 1480 kralen. Bijna onvoorstelbaar dat dit eiwitmachientje uit 1 enkele ketting bestaat maar dat is wel zo.
Het begin en einde van de ketting staan aangegeven.
Het helpt dat CFTR eerst in 5 onderdelen vouwt.
Dan wordt het een ketting van 5 aan elkaar vastzittende puzzelstukken (T1, N1, R, T2, N2, zie tekening rechts) die in elkaar moeten grijpen.
Maar dan nog lukt dit niet zonder hulp en dan is CFTR nog maar 1 van de ongeveer 20.000 verschillende eiwitten in ons lichaam die moeten vouwen.
De cel pakt dit vouwingsprobleem aan met een grote verzameling helpereiwitten die in teams werken.
Zonder die helpereiwitten kan CFTR niet zijn actieve vorm krijgen en de defecte, zieke vormen van CFTR hebben die hulp nog veel harder nodig.
We hebben al gevonden dat het gezonde CFTR-eiwit alleen maar gezond is door de assistentie van een hoofdhelpereiwit, Hsp90.
Zonder Hsp90 vouwt CFTR net zo slecht als de meest voorkomende zieke variant F508del-CFTR. Hsp90 is als een spin in een web van helpereiwitten die allemaal helpen om de werking van Hsp90 te regelen en verbeteren. Versnelling van de zoektocht naar CFTR helpereiwitten
Nu heeft onze zoektocht naar de helpers van CFTR ineens een flinke wind in de rug gekregen.
In Cambridge (VS) werkt een jonge onderzoeker, Dr Georgios Karras, die binnenkort zijn eigen groep gaat starten. In het lab waar hij nu werkt is een methode opgezet om in korte tijd van vrijwel alle mogelijke helpers in de cel (en zeker van alle helpers in het “Hsp90-team”) te testen of ze binden aan CFTR, aan stukken van CFTR, of aan eiwitten die familie zijn van CFTR.
Daarvoor is voorbereidend werk door ons gedaan en we verwachten dat Dr Karras ons binnenkort precies kan vertellen welke helpers wel en welke helpers niet binden aan CFTR en of dat dan uniek is of dat ze ook binden aan familieleden van CFTR. 
Net als alle onderzoekingen in de biologie is dit nog maar een "half resultaat" en moeten we die resultaten dan nog bevestigen met een andere methode, maar we kunnen met Georgios zijn resultaten hopelijk onze zoektocht afsluiten en ons geheel richten op het onderzoeken wat precies het effect is van elke bindende helper op de CFTR-vouwing
.

  Samantha Eising * 17-9-1990   † 3-7-2018

 "Als lucht te kort schiet, adem dan de hoop in"