Eiwitten stressen voor het goede doel
Eiwitten kunnen goede geneesmiddelen zijn, maar als ze gaan
samenklonteren worden ze gevaarlijk voor de patiënt.
Veni-winnares Andrea Hawe onderzoekt hoe klontering ontstaat en
hoe die voorkomen kan worden.
Steeds vaker worden eiwitten als geneesmiddel gebruikt; per
jaar wordt er nu voor meer dan 50 miljard dollar aan
eiwit-medicijnen verkocht. Maar eiwit-geneesmiddelen brengen
ook specifieke risico's met zich mee. In 2002 werden
bijvoorbeeld de eerste patiënten gerapporteerd die na
toediening van EPO antilichamen begonnen te produceren - tegen
het toegediende EPO maar ook tegen hun eigen EPO - waardoor ze
ernstige bloedarmoede kregen. Dat uitlokken van de
afweerreactie, immunogeniciteit genoemd, wordt vermoedelijk
veroorzaakt doordat de eiwitten aan elkaar gaan kleven en zo
klonters, zogenoemde aggregaten, vormen. Deze aggregaten werken
niet meer als geneesmiddel en kunnen zelfs door het lichaam als
vreemd, te vernietigen deeltje worden beschouwd. Dr. Andrea
Hawe heeft een VENI-beurs gekregen om te onderzoeken hoe die
aggregaten zich vormen, en hoe ze te detecteren zijn.
In extreme gevallen zie je eiwitaggregaten met het blote oog.
Veel vaker is sprake van een `schone' oplossing die toch even
ernstige bijwerkingen kan hebben.
Aggregaten problematisch voor eiwitmedicijnen
`Het zou ideaal zijn als een eiwitgeneesmiddel honderd procent
aggregaat-vrij zou zijn, maar dat gaat niet lukken', aldus
Hawe. `Je kunt wel methoden onderzoeken om aggregatie te
verminderen. In mijn promotieonderzoek in München heb ik
bijvoorbeeld een cytokine, dat is eiwit van het immuunsysteem,
onderzocht dat heel slecht oploste en daarom oorspronkelijk met
een ander eiwit, albumine, werd gecombineerd. Een van de
problemen was echter dat het cytokine met het albumine
aggregaten ging vormen, wat nogal immunogeen is voor de
patiënten. Uiteindelijk vond ik een combinatie van stoffen die
albumine overbodig maakte. Maar omdat die veel zuurder was, was
die was weer pijnlijk voor de patiënt.'
Eiwitklonters kleuren
In Leiden wil Andrea Hawe zich verdiepen in de vraag hoe
aggregaten precies ontstaan en hoe je ze beter kunt detecteren.
`We werken hier vooral met twee methoden, fluorometrie en
chromatografie. Bij fluorometrie voeg je aan een eiwitoplossing
een fluorescente kleurstof toe. Die bindt beter aan aggregaten
waardoor deze veel sterker gaan fluoresceren. Ook gebruiken we
chromatografie om eiwitten te scheiden, om precies te zijn
size-exclusion chromatografie (gelpermeatiechromatografie,
waarbij een oplossing met deeltjes over een gel wordt geleid,
en de kleine deeltjes vertraging oplopen doordat ze in de
poriën van de gel blijven steken-red.). Zo kunnen we
bijvoorbeeld zien of er aggregaten zijn en hoe groot ze zijn.
Als we deze methode combineren met de fluorescente kleurstoffen
kunnen we nóg meer leren over de aggregaten.'
`Shaken or stirred'
De eerste stap in het onderzoek is eiwitten te stressen zodat
ze aggregaten vormen. `Er zijn duizend manieren om een eiwit
kapot te maken en aggregaten te laten vormen. We kunnen
eiwitten stressen door ze te verhitten, te bevriezen en weer te
ontdooien, te roeren of te schudden. Elk van die methodes zorgt
weer voor een ander soort aggregaten. Bij een van de eiwitten
die we hebben onderzocht, bleek bijvoorbeeld dat
vriezen-ontdooien heel grote aggregaten gaf, terwijl verhitten
kleine aggregaten veroorzaakt die langzaam groter worden. Maar
dat gedrag is nog niet te generaliseren, het kan voor elk eiwit
anders zijn.'
Met alleen chromatografie (links) zie je de eiwitaggregaten
vaak slecht. Met een fluorescente kleurstof wordt veel
duidelijker wat er in de oplossing zit.
Meer zien door combinatie van methoden
`We hebben al een paar dingen ontdekt', zegt Hawe.
`Bijvoorbeeld dat een eiwit bij verhitting al van structuur kan
veranderen, al vormt het nog geen klonters. Die
structuurverandering zie je niet met technieken als metingen
met gepolariseerd licht, maar juist heel goed met fluorescente
kleurstoffen. De grote vraag is nu wat die kleine veranderingen
dan zijn. Maar het belangrijkste, en dat is ook waarom we de
VENI gekregen hebben, is dat wij als enige fluorescentie en
scheidingsmethoden combineren. Er zijn wel onderzoekers die de
ene of de andere methode gebruiken. Ik hoop dat met behulp van
de subsidie nog meer kunnen leren over de structuur en de
mechanismen van aggregaatvorming.'
Detectivewerk
Voorlopig is er nog veel te ontdekken over eiwitaggregaten: kun
je de detectiemethoden algemener toepassen en wat is het
precieze mechanisme van aggregaatvorming? Hawe gaat, ook om
praktische redenen, samenwerken met Leidse biotechbedrijven:
`Eiwitonderzoek is duur, voor twee milligram interferon betaal
je al gauw 500 tot 600 euro.'. Ze blijft geboeid door de
klonters die je met het blote oog niet kunt zien. `Het leukste
is verschillende methoden samen te brengen, en nieuwe methoden
te ontwikkelen. Het is leuk als de stukjes in elkaar passen.
totdat je een beeld hebt van wat er gebeurt doe jet een beetje
detectivewerk.'
(19 november 2008/Eric-Wubbo Lameijer)
6/1/2009
Universiteit Leiden