Hoe cellen kiezen tussen eigen en vreemd

RNA-interferentie is een hot topic in de moleculaire biologie: er is een nieuw venster op onze genen geopend. Andrew Fire krijgt er de Heinekenprijs voor....

Door Hans van Maanen

Wiskunde, zoveel was Andrew Fire halverwege zijn studie wel duidelijk geworden, was niets voor hem - te weinig aanspraak. De vraag was vooral, naar welk vak hij wilde overstappen. Geologie was interessant, maar paste niet helemaal in het rooster, en voor immunologie, veruit het interessantste vak, was biochemie nodig. Het werd dus biochemie. 'Daar gebeurde toen al heel veel, eind jaren zeventig, en de literatuur was toch nog goed te overzien.'

En over gebrek aan aanspraak heeft Fire ook niet meer te klagen. Deze week was hij in Nederland om de Heinekenprijs voor biochemie en biofysica in ontvangst te nemen, voor zijn 'ontdekking van de RNA-interferentie'.

Hoe legt hij een willekeurige voorbijganger uit waarvoor hij een prijs krijgt?

'RNA-interferentie is een verdedigingsmechanisme van de cel, het is een manier om 'eigen' van 'vreemd' te onderscheiden en om snel in te kunnen grijpen als er ergens, binnen of buiten de cel, iets lijkt mis te gaan. Door RNAinterferentie wordt de productie van ongewenste eiwitten stilgelegd.'

Enige voorkennis is dus noodzakelijk. Vanouds vergelijkt men een cel graag met een fabriek. De bouwinstructies voor allerlei verschillende stoffen liggen, in de vorm van DNA-strengen, veilig opgeborgen in de celkern. Het DNA bemoeit zich verder nergens mee: het RNA haalt zijn instructies, gen voor gen, op van het DNA en zorgt in de cel voor de productie van de gewenste eiwitten - in de maag maagzuur, in de gal gal, enzovoort. Door een cel krioelen dus talloze losse strengen RNA die de aanmaak van de verschillende stoffen regisseren.

Het probleem zijn de indringers. Virussen bijvoorbeeld: die proberen de machinerie van de cel over te nemen door hun eigen RNA in te spuiten, en de cel zo te dwingen tot het aanmaken van virusonderdelen in plaats van gal of maagzuur. Daartegen moet de cel zich wapenen, en dat doet het door RNAinterferentie.

Het virus zal, als het de boel wil overnemen, kopieën van zichzelf, dus van zijn eigen RNA moeten laten maken. Het moet, net als het DNA in de celkern, door RNA worden 'afgelezen': er wordt een negatieve kopie gemaakt - biologen spreken van sense en antisense; een gewone streng RNA is sense, een negatieve kopie antisense. Op het moment dat het virus-RNA wordt afgelezen, is het dus onvermijdelijk even verdubbeld - biologen spreken van dubbelstrengs-RNA. En op dat moment merkt de cel dat er iets niet pluis is (er zijn ook virussen die van zichzelf al dubbelstrengs zijn, maar die hebben uiteraard meteen een probleem).

Zodra de cel ergens een stuk dubbelstrengs-RNA tegenkomt, weet het dat er een vijandelijke overname aan de gang is, en de productie van alle stoffen waarvoor dit RNA de opdracht geeft, wordt stilgelegd. Eventueel worden zelfs alle al volgens die RNA-voorschriften gefabriceerde stoffen weer afgebroken om te zorgen dat er geen verdere virusonderdelen meer geassembleerd kunnen worden.

'Zo klinkt het heel logisch allemaal,' zegt Fire er meteen bij, 'maar het was oorspronkelijk een puur chemisch probleem, dat van een heel andere kant benaderd werd. Mijn bijdrage was dus eigenlijk heel bescheiden, het begrip van wat er precies aan de hand was, kwam van anderen.'

Die andere kant was niet het probleem van de cel, maar van onderzoekers: hoe kunnen genen (dus bouwinstructies) effectief worden stilgelegd. Dat zou immers in het laboratorium erg goed van pas komen: door een gen onklaar te maken, zou men kunnen uitzoeken waarvoor dat gen precies diende en wat er met een levend wezen zou gebeuren als dat gen was uitgeschakeld en de bijbehorende stof niet werd aangemaakt.

Fire: 'Het was al duidelijk dat het inbrengen van RNA in een cel de boel flink kon verstoren. Het eerste idee was natuurlijk om RNA in te brengen dat het RNA in de cel zou afplakken, dus antisense-RNA. Dat werkte wel, maar niet heel goed. Bovendien bleek dat sense-RNA ook af en toe een beetje werkte. Het was allemaal vrij raadselachtig, en er waren voortdurend conferenties om het probleem te bespreken.

'Men was er, rond 1997, van overtuigd dat het probleem in de vervuiling zat - een stof is nooit helemaal zuiver te maken, en de gedachte was dat bij het maken van dat sense-of antisense-RNA er allerlei ongewenste stoffen meekwamen.

'Het was na een praatje van Craig Mello, weet ik nog wel, dat ik bedacht om ook eens naar dubbelstrengs-RNA te kijken. Als je sense-of antisense-RNA maakt, maak je ook dubbelstrengs-RNA: misschien was dat waar het om ging. Het was niet een soort Aha-Erlebnis, hoor - dat denken mensen al gauw, dat je opeens een licht opgaat, maar het was gewoon een proefje dat ik op mijn lijstje zette, iets om eens uit te zoeken.'

Dat proefje betekende echter wel de doorbraak. Niet sense-, niet antisense-, maar dubbelstrengs-RNA legt buitengewoon efficiënt de productie in de cel stil, zo toonde hij samen met onder anderen Craig Mello in een inmiddels befaamd artikel in Nature aan.

De verklaring van het mechanisme van de RNA-interferentie kwam pas later, maar het was iedereen onmiddellijk duidelijk dat hiermee een nieuw instrument was gesmeed om de werking van genen te bestuderen. Maak een RNAkopie van het DNA waarin je geïnteresseerd bent, maak het dubbelstrengs, en spuit het in de cel. De cel zelf doet, via RNA-interferentie, de rest. Zeker met de stortvloed aan nieuwe, onbekende genen uit het menselijkgenoomproject die nog in kaart gebracht moeten worden, was dit buitengewoon welkom - en zeker een Heinekenprijs waard.

'Op de wat langere termijn,' zegt Fire, 'leren we er ongetwijfeld beter van hoe een cel in elkaar zit, hoe een cel probeert een evenwicht te vinden tussen stabiliteit en verandering. Als er wat misgaat, moet er worden ingegrepen, als er iets in de omgeving verandert, moet hij meeveranderen. Maar ik denk bijvoorbeeld dat we ook beter gaan begrijpen hoe allerlei ziekten ontstaan, en hoe een cel zich daartegen teweerstelt. Bij kanker bijvoorbeeld worden tumorgenen soms stilgelegd, en het zou interessant zijn om te weten hoe zoiets gaat.'

Voor nieuwe geneesmiddelen, de onvermijdelijke volgende vraag, vindt Fire het nog veel te vroeg. 'Het gebeurt nu nog bijna allemaal in de reageerbuis, het is nog onduidelijk hoe je dat dubbelstrengs-RNA in een levend wezen moet brengen. Hoewel - er zijn al experimenten met proefdieren gedaan, en ik geloof dat er binnenkort ook proeven beginnen om op deze manier bij mensen een oogziekte, maculadegeneratie, te verhelpen. En men denkt ook aan hepatitis-C, hoorde ik laatst. Maar voorlopig is het toch vooral wetenschappelijk interessant - er valt nog zoveel uit te zoeken.'

En aan aanspraak, om daar nog even op terug te komen, heeft hij inderdaad geen gebrek. Na het in ontvangst nemen van de Heineken-prijs - 'Ik ben nog nooit zo ver van huis geweest' - vliegt Fire direct weer terug naar zijn universiteit, naar Stanford.

Dat is allang niet meer het middelpunt van het onderzoek naar RNA-interferentie, daarvoor gaan de ontwikkelingen veel te snel, maar Fire zit nog wel in de voorhoede. 'Eigenlijk ben ik nu de hele dag aan het praten,' zegt hij. 'We overleggen over nieuwe experimenten, we proberen de zaken beter te begrijpen, bedenken nieuwe theorieën. Als ik nog twee uur in het laboratorium sta, is het veel.'

Meer over