Koreaanse onderzoekers zetten genen op afstand aan met magneetveld

Onderzoekers van Dongguk University in Zuid-Korea hebben een nieuwe manier gevonden om genen in levende dieren op afstand te bedienen: met een elektromagnetisch veld. Het team, onder leiding van professor Jongpil Kim en promovenda Yerim Hwang, publiceerde de resultaten in het wetenschappelijke tijdschrift Cell. Bestaande methoden voor gentherapie op afstand gebruiken vaak medicijnen, licht, warmte of ultrageluid. Die hebben allemaal nadelen: medicijnen kunnen bijwerkingen geven en licht dringt moeilijk diep genoeg door in weefsel. Een elektromagnetisch veld heeft dat probleem niet en is bovendien volledig omkeerbaar.

Een gen dat reageert op een magneetveld

De onderzoekers zochten eerst welk gen in muizenhersenen reageerde op een zwak elektromagnetisch veld van 2 millitesla. Daarvoor gebruikten ze eencellige RNA-sequencing, een techniek waarmee de activiteit van genen in individuele cellen wordt gemeten. Eén gen, Lgr4, bleek daarbij steeds extra actief te worden. Het team koppelde de genpromotor van Lgr4 -het schakelstukje DNA dat bepaalt of een gen aan of uit staat- aan een gen dat een groen fluorescerend eiwit aanmaakt. Zo konden ze precies zien wanneer en waar het systeem werd geactiveerd. Bij blootstelling aan het magneetveld lichtten muizen op de gewenste plek groen op; zonder veld verdween dat signaal binnen 24 uur weer volledig. Met een genoombrede CRISPR-Cas9-screening vonden de onderzoekers ook het eiwit dat als sensor fungeert: Cyb5b, een membraaneiwit dat na blootstelling aan het veld ritmische golfjes calcium in de cel opwekt. Dat calciumsignaal werkt als een soort code die het doelgen activeert. Volgens Kim is dit mogelijk de eerste keer dat een molecuul is aangewezen als directe sensor voor elektromagnetische velden.

Van Alzheimer tot depressie in muizenmodellen

Het team testte de nieuwe schakelaar meteen in verschillende ziektemodellen. Door het systeem te koppelen aan andere genen bouwden ze een muizenmodel voor Alzheimer waarbij hersenveroudering losstaat van de eiwitophopingen die bij de ziekte horen. Herhaalde blootstelling aan het magneetveld zorgde bij oude en versneld verouderende muizen voor gedeeltelijke celherprogrammering, waarbij verouderingskenmerken afnamen zonder merkbare bijwerkingen. Door het serotoninegen Tph2 te sturen, herstelden de onderzoekers bovendien serotonineniveaus en verminderden ze depressief gedrag bij muizen. Deze technieken lijken op optogenetica en chemogenetica, waarbij licht of chemische stoffen genen aansturen, maar een magneetveld dringt dieper door in het lichaam. Hwang benadrukt dat de techniek gentherapie kan veranderen van een eenmalige, onomkeerbare ingreep naar een behandeling die artsen -of zelfs draagbare apparaten- in real time kunnen bijsturen. De onderzoekers benadrukken dat verdere validatie nodig is voordat de methode bij mensen kan worden toegepast.