In iedere cel ligt DNA opgeslagen. Deze genetische code wordt bij de aanmaak van nieuwe cellen gekopieerd. Daarbij kunnen fouten ontstaan, ook wel mutaties genoemd. Soms zorgen deze DNA-mutaties ervoor dat een cel zich ongecontroleerd gaat delen, waardoor kanker kan ontstaan. Het DNA van kankercellen is anders dan dat van gezonde cellen. Het kan ook door de behandeling veranderen, bijvoorbeeld door chemotherapie.
Door het DNA van verschillende cellen te vergelijken leren onderzoekers over onder andere het ontstaan en de ontwikkeling van de tumor, de verschillende typen kankercellen binnen een tumor en het effect van behandelingen op het DNA. Daarnaast kan de werking van celtherapieën, zoals stamceltransplantatie, beter worden verklaard.
Kraken van de code
Een enkele cel bevat hele kleine hoeveelheden DNA. Het uitlezen van de DNA-code is dan ook een grote uitdaging. Dankzij een nieuwe technologie genaamd PTA wordt het steeds beter mogelijk om voor alle type cellen het DNA individueel uit te lezen. Het resultaat is een zeer lange code van miljarden letters. In deze code zitten vaak ook leesfoutjes die het moeilijk maken om de DNA code goed te begrijpen. Om van deze grote hoeveelheid data een werkbaar resultaat te maken heeft bioinformaticus dr. Sjors Middelkamp samen met collega’s uit de Van Boxtel-groep computerprogramma PTATO ontwikkeld. Sjors Middelkamp: ‘Voorheen was het verkregen resultaat niet zo nauwkeurig en was er geen passende technologie om dit te verbeteren. We hebben het PTATO programma met behulp van machine learning getraind om automatisch de leesfouten in DNA-codes te herkennen en te filteren. Dankzij deze vorm van kunstmatige intelligentie krijgen we een veel nauwkeuriger beeld van de DNA code in een cel. Ook doen we sneller nieuwe inzichten op, omdat het programma eenvoudig de resultaten van verschillende cellen vergelijkt.’
Bloedstamcellen
Met behulp van PTATO heeft Middelkamp met zijn collega’s stamcellen van kinderen met de ziekte Fanconi anemie (FA) geanalyseerd. Kinderen met deze erfelijke aandoening krijgen veel schade aan hun bloedstamcellen en hebben daardoor een sterk verhoogde kans op leukemie of andere vormen van kanker. Ze worden in het Máxima behandeld met onder andere stamceltransplantatie.
Middelkamp: ‘Met de traditionele technieken konden we alleen het DNA van gezonde stamcellen bestuderen. Met PTATO kunnen we nu ook het DNA van individuele stamcellen van kinderen met erfelijke aandoeningen, als Faconi anemie goed in kaart brengen. Dankzij PTATO zagen we dat deze bloedstamcellen stukken van de DNA-code missen. Dit geeft ons inzichten in de biologische processen die verkeerd gaan en mogelijk tot kanker leiden. Hopelijk kunnen we in de toekomst deze processen bij ieder kind goed in de gaten houden en zelfs behandelingen erop richten.’
De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in wetenschappelijk vakblad Cell Genomics.
DNA van enkele cel
Dr. Ruben van Boxtel, onderzoekgroepsleider in het Máxima en Oncode-onderzoeker is erg blij met de ontwikkeling van PTATO en heeft hoge verwachtingen: ‘Doordat de resultaten van DNA-analyse van een individuele cel nu veel nauwkeuriger zijn, verwacht ik dat we veel gaan leren over de verschillende typen kankercellen in een tumor en de evolutie van kanker. Deze kennis kan vervolgens weer omgezet worden in nieuwe en betere behandelingen. Hierdoor kunnen we onze missie om ieder kind met kanker te genezen, mét optimale kwaliteit van leven, bereiken.’
PTATO is beschikbaar als open-source software. Voor meer informatie neem contact op met Ruben van Boxtel.
Dit onderzoek is mogelijk gemaakt dankzij financiering door KWF, de European Research Council en de New York Stem Cell Foundation.
Sjors Middelkamp ontving onlangs een Veni-beurs om zijn onderzoek naar DNA-veranderingen in bloedstamcellen voort te zetten. Hij doet dit in samenwerking met de Van Boxtel-groep en het lab van Hugo Snippert in het UMC Utrecht, waar Middelkamp inmiddels werkzaam is.