Eiwitdetectie middels CRISPR-Cas

Alle levende organismen bestaan uit cellen—van minimaal één, tot miljoenen of miljarden cellen.
Het gros van de menselijke cellen bestaat uit een celkern (nucleus), een hulsel (cytoplasma), en een schil
(celmembraan). De exacte rol van een cel in een ecosysteem van cellen en lichaamseigen weefsel staat gecodeerd
in de celkern. Hier gaat namelijk een handleiding schuil dat is “geschreven” in een alfabet van maar vijf letters:
A (adenine), T (thymine), C (cytosine), G (guanine), en U (uracil).
Deze letters worden ook wel nucleobasen of (met wat wijzigingen) nucleotiden genoemd. Door de volgorde
van de letters te husselen kunnen de instructies voor verschillende biologische structuren worden geschreven
van de eiwitten die onze oogcellen opmaken, tot de bouwstoffen in moedermelk, en de factoren die ons bloed
kunnen doen stollen. Wanneer twee lange strengen van nucleotiden met elkaar vervlochten raken, spreken wij van desoxyribonucleïnezuur (DNA). DNA is daarmee als het ware een handleiding voor het bouwen van alle biologische
moleculen. In de celkern wordt DNA gelezen en omgezet naar enkele nucleotidenstreng, ook wel ribonucleïnezuur (RNA).
Dit RNA molecuul bevat de boodschap (messenger RNA; mRNA) om in het cytoplasma vervolgens
een driedimensionaal eiwit te maken.

Zowel gezonde eiwitten als degene die ziekte veroorzaken komen dus voort uit DNA! Daarom zoeken onderzoekers ook
wel in bloed of verdacht patiëntweefsel naar DNA voor tekenen van ziekte. Een genetische mutatie is niets anders dan een afwijking in iemands biologische handleiding. Wanneer er een spelfout in staat kan bijvoorbeeld een
bloedvat beschreven door dat stukje DNA verkeerd worden aangemaakt. Om die genetische fouten te detecteren bestaan een hoop technieken. Toch zijn deze technieken vaak gecompliceerd, duur, en vereisen ze speciale apparaten.

In het afgelopen decennium heeft de ontdekking van een bacterieel immuunsysteem, genaamd CRISPR-Cas, het mogelijk gemaakt om heel nauwkeurig DNA en RNA mutaties te detecteren. Voordelen van CRISPR-Cas diagnostiek zijn dat
specifieke DNA en RNA reeksen relatief gemakkelijk opgespoord kan worden—maar ook snel, goedkoop,
en zonder speciale laboratoriumapparatuur. Een belangrijk nadeel van CRISPR-Cas diagnostiek, echter, is dat het alleen
werkt voor DNA en RNA doelwitten. Een beperking hiervan is dat een DNA of RNA fout niet altijd leidt tot ziekte -uiting.
Als mensen hebben wij twee kopieën van onze handleiding: Staat er een fout in eentje, dan kunnen wij het compenseren
met de andere. Ook kan het zijn dat beiden kopieën een fout hebben en er nog steeds geen “ziek” eiwit wordt geproduceerd. Daarom zijn eiwitveranderingen mogelijk belangrijker dan die van DNA of RNA voor ziekte-uiting.

In dit project creëren wij een techniek waarin de kracht van CRISPR-Cas wordt toegepast voor de detectie van eiwitten. Om dit te realiseren worden eiwitten eerst terugvertaald naar een sleutelnucleïnezuurreeks, om ze vervolgens met CRISPR-Cas te kunnen detecteren. Onze primaire insteek is om dit eiwitdetectieplatform te testen in niertransplantatiepatiënten—met name om te zien of wij in de urine tekenen van orgaanafstoting kunnen opsporen. Als rejectiekenmerken in de urine overeenkomen met de gouden standaard, namelijk nierbioptuitslagen, zou dat een hele grote vooruitgang betekenen voor de niet-invasieve diagnostiek van orgaanrejectie!

Onderzoek: Siawosh Eskandari
21-02-2022