Fusiegenen ontstaan uit twee genen die normaal gesproken los van elkaar bestonden. Ze zijn kenmerkend voor verschillende soorten kanker. De nieuwe combinaties van DNA – de genetische herschikking - in deze fusiegenen leiden namelijk tot veranderde eigenschappen van het gen, die tot kanker kunnen leiden. Het opsporen van fusiegenen in tumorcellen is dan ook belangrijk voor de diagnose, de prognose, de behandelmogelijkheden en het kunnen meten van het resultaat daarvan. Met name van vormen van kanker die relatief veel bij kinderen voorkomen, zoals acute lymfatische leukemie (ALL) en chronische myeloïde leukemie (CML), is bekend dat fusiegenen een rol spelen.
Prinses Máxima Centrum
Vanuit het Prinses Máxima Centrum is onderzoeker Ronald Stam betrokken bij dit onderzoek. ‘Omdat ik met mijn onderzoeksgroep onderzoek doe naar hoog risico vormen van leukemie bij kinderen, waarbij fusiegenen een belangrijke rol spelen. De nieuwe FUDGE techniek kan, indien de techniek geïmplementeerd zou worden in onze diagnostiek, het mogelijk maken om vooral veel sneller fusiegenen op te sporen, of in sommige gevallen fusiegenen op te sporen waarvoor het met de hedendaagse technieken vaak niet mogelijk is of veel tijd in beslag neemt om de exacte composite van de fusiegenen te ontrafelen. Dit is belangrijk omdat het voorkomen van fusiegenen, en vaak ook de samenstelling van de fusiegenen, verband houden met de prognose van de patiënt.’
Opsporingsmethoden
Het opsporen van fusiegenen is moeilijk. Genen kunnen namelijk met verschillende partnergenen samengaan. Ook kan de fusie plaatsvinden op verschillende plaatsen op de genen. Gangbare opsporingsmethoden zijn gericht op reeds bekende herschikkingen van genetisch materiaal. 'Daarmee worden nieuwe fusies echter niet gevonden', vertelt onderzoeker Glen Monroe (afdeling genetica). 'Betrouwbare technieken die meer duidelijkheid bieden, zoals Next Generation Sequencing waarbij het hele RNA of DNA wordt onderzocht, zijn daarentegen weer tijdrovend en nog kostbaar. Voor snelle inzet in de diagnostiek van patiënten met kanker is dat een nadeel.'
DNA knippen met Cas9
Het UMC Utrecht heeft nu een nieuwe techniek ontwikkeld om fusiegenen snel en precies op te sporen. 'Hierbij lezen we het DNA van één kant uit om zo het fusiegen te vinden', vertelt onderzoeker Christina Stangl, die de techniek ontwikkelde. 'We maken daarbij gebruik van CRISPR-Cas9. Daarbij werkt het eiwit Cas9 als een schaar waarmee je het DNA op precieze plekken kunt knippen. We hebben gidsen ontwikkeld die Cas9 heel gericht naar specifieke plekken in het genoom brengen, waar het zijn werk al schaar doet.'
Het geknipte DNA wordt vervolgens vanaf één kant uitgelezen met nanopore sequencing. Hiervoor worden strengen DNA stuk voor stuk door een ‘poortje’ getrokken en nauwkeurig geanalyseerd. Zo wordt de onbekende fusiepartner gevonden én de exacte plaats waar de twee genen zijn samengegaan. Deze kennis is belangrijk voor de diagnostiek, het kiezen van de behandeling van kanker en het volgen van de effecten daarvan. De onderzoekers spreken van de FUDGE-techniek, wat staat voor FUsion Detection from Gene Enrichment.
Binnen 48 uur
In dit onderzoek werkte het UMC Utrecht samen met Prinses Máxima Centrum voor kinderoncologie. De nieuwe FUDGE-techniek werd gebruikt om in monsters van acht solide tumoren en van leukemie van tien patiënten snel fusiepartners van genen op te sporen. De onderzoekers vonden 22 unieke, verschillend samengestelde fusiegenen. 'In een geval vonden we met de nieuwe techniek de fusiepartner al binnen twee dagen, terwijl die met de gangbare diagnostische mogelijkheden niet konden vinden', vertelt onderzoeker Gijs van Haaften. 'De FUDGE-techniek maakt het mogelijk om binnen 48 uur uitlezen van het monster de fusie van genen nauwkeurig vast te stellen.'
Kinderen met leukemie
Momenteel ontwikkelen de onderzoekers van het UMC Utrecht met collega’s van Prinses Máxima Centrum de FUDGE-techniek verder voor het opsporen van fusiegenen en andere herschikkingen van het genetisch materiaal in tumorcellen van kinderen met leukemie. 'Hiermee wordt het mogelijk om bij deze kinderen sneller tot een diagnose te komen', vertelt Gijs. 'Ook is de techniek bruikbaar om heel precies per patiënt na te gaan of en in welke mate de behandeling van zijn of haar specifieke vorm van kanker aanslaat. Daarvoor onderzoeken we het bloed of beenmerg op de aanwezigheid van fusiegenen als DNA-sporen van kanker.' Doel is de FUDGE-techniek binnen enkele jaren te kunnen invoeren bij de diagnose en behandeling van kinderkanker. Deze tijd is nodig om de techniek te testen en na te gaan of deze in de praktijk ook echt precies genoeg is.
Het artikel van de onderzoekers over deze techniek is op vrijdag 5 juni gepubliceerd in Nature Communications. De titel is Partner independent fusion gene detection by multiplexed CRISPR-Cas9 enrichment and long read nanopore sequencing.