In zijn proefschrift, waarop hij op 28 september promoveerde, beschrijft neurowetenschapper Job de Jong hoe hij mini-hersenen maakte uit stamcellen van drie amish-kinderen met ernstig autisme. De Old Order Amish-gemeenschap is voor wetenschappers de perfecte omgeving om meer te weten te komen over hoe autisme ontstaat. In 2006 werd namelijk het gen CNTNAP2 ontdekt bij de amish. Een mutatie in dit gen zorgt voor een ernstig syndroom met autisme, epilepsie en een verstandelijke beperking.
Organoïden
De Jong en zijn collega’s namen bloed af van drie patiënten uit de amish-gemeenschap met de CNTNAP2-mutatie, herprogrammeerden de bloedcellen tot stamcellen en liet die vervolgens uitgroeien tot mini-hersenen. In deze zogeheten hersenorganoïden zag De Jong kenmerken die hij herkende. ‘Van patiënten met de mutatie weten we dat ze een grotere hoofdomtrek hebben. Dat zagen we ook bij de minihersenen: de organoïden van patiënten waren groter dan die van gezonde mensen uit dezelfde amish-gemeenschap’, vertelt hij.
Toen hij met CRISPR-Cas de mutatie repareerde, verdween de overgroei van de mini-hersenen. ‘We denken dat de mutatie processen in de organoïden beïnvloedt die uiteindelijk zorgen voor verhoogde celdeling’, legt De Jong uit.
De hersenorganoïden van patiënten met de CNTNAP2 waren na 4, 13 en 26 weken groter dan die van gezonde mensen (controles). Figuren uit doi.org/10.1038/s41467-021-24358-4
De hersenorganoïden geven neurowetenschappers de kans om in detail uit te zoeken welke mens-specifieke processen verstoord zijn en hoe dat tot autisme leidt. Eerder gebruikten ze hiervoor muismodellen, maar die zijn minder geschikt om de vertaalslag naar de mens te maken. De Jong: ‘Muizen en mensen hebben een verschillende hersenbiologie. De hersen-overgroei zagen we bijvoorbeeld niet in muizenhersenen met de CNTNAP2-mutatie.’
Embryonale ontwikkeling
Maar wat zeggen mini-hersenen met een zeldzame mutatie over autisme in het algemeen? ‘We kunnen hiervan een hoop leren’, stelt De Jong. ‘Het voordeel van een zeldzame mutatie als CNTNAP2 is dat het een groot effect heeft op het risico op ziekte. Bovendien zitten deze mutaties in het gedeelte van het gen dat codeert voor een eiwit. Hierdoor kunnen we de biologische gevolgen van de mutatie op de vroege embryonale hersenontwikkeling bestuderen. Het is de eerste stap naar meer inzicht. Zeldzame mutaties zijn als het ware het laaghangend fruit.’
‘We vallen in de psychiatrie nog steeds terug op medicijnen die zijn ontdekt in de tweede helft van de vorige eeuw’
Over de precieze werking van autisme is nog weinig bekend, maar de erfelijkheid van de aandoening is hoog: zo tussen de 70 tot 80 procent. Er zijn honderden genen bekend die een link hebben met autisme, maar ook omstandigheden tijdens de vroege zwangerschap spelen een rol. De Jong: ‘Het lijkt erop dat er meerdere mechanismen zijn die leiden tot dezelfde uitkomst, namelijk autisme.’ Dat zag hij ook terug in de mini-hersenen van de amish met de zeldzame mutatie. ‘De genen die daarin in veranderde mate tot expressie komen, komen sterk overeen met de genen die tot veranderde expressie komen in hersenen van mensen met autisme zonder bekende genetische oorzaak.’
New York
Beter begrip van de ontstaanswijze moet uiteindelijk leiden tot nieuwe behandelingen. Het is nog ver weg, maar wel zeer noodzakelijk, vindt De Jong. ‘We vallen in de psychiatrie nog steeds terug op medicijnen die zijn ontdekt in de tweede helft van de vorige eeuw. Er is erg weinig nieuws bijgekomen, omdat we simpelweg niet nog begrijpen hoe aandoeningen als depressie en autisme werken.’ De Jong deed zijn onderzoek daarom ook aan de Colombia University in New York. ‘In Amerika is er veel interesse voor de biologie achter psychiatrische aandoeningen.’
