M.E.(cvs)-wetenschap

november 23, 2009

Transcriptie-profiel van spieren bij CVS

Filed under: Celbiologie,Genetica — mewetenschap @ 2:21 pm
Tags: , , , , , , , ,

Dit is het vervolg op de eerdere studie betreffende de morfologie van skeletspier-fragmenten van CVS-patiënten (‘Struktuur en funktie van skelet-spieren gewijzigd bij CVS’). In feite gaat het over dezelfde groep patiënten en experimenten die gelijktijdig werden ondernomen.

Samengevat: er werd bij CVS-patiënten veranderde gen-expressie in de spieren gevonden en deze wijzigingen bleken terug te brengen naar de volgende processen en mechanismen: energie-produktie, oxidatieve stress, spierweefsel-morfolgie (vezel-type), spier-groei/-afbraak en geleiding van zenuwprikkels naar de spieren.

Wederom dank aan dr Tiziana Pietrangelo voor de reprint.

International journal of immunopathology and Pharmacology, 22(3):795-807 (2009)

Transcription profile analysis of vastus lateralis muscle from patients with Chronic Fatigue Syndrome

Pietrangelo T, Mancinelli R, Toniolo L, Montanari G, Vecchiet J, Fanó G, Fulle S

Department of Basic and Applied Medical Sciences (BAMS), Centre for Excellence on Aging (CeSI), University G. d’Annunzio Chieti-Pescara, Chieti, Italy

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) is een invaliderende aandoening gekarakteriseerd door onverklaarde chronische vermoeidheid die de normale aktiviteiten schaadt. Vele lichaam-systemen zijn aangetast en de etiologie werd nog niet geïdentificeerd. Naast immunologische en psychologische aspekten, zijn skeletale spieren symptomen prominent bij CVS-patiënten. In een poging vast te stellen welke mechanismen mogelijks betrokken zijn bij de aanvang en ontwikkeling van spier-symptomen, gebruikten we algemene transcriptoom [verzameling van alle boodschapper-RNA (mRNA) molekulen – ‘transcripten’ , tot expressie komende genen – geproduceerd in een cel of populatie van cellen] -analyse om genen te identificeren die differentieel tot expressie komen in de vastus lateralis spier [spier aan de voorzijde van het dijbeen, deel van de quadriceps] van vrouwelijke en mannelijke CVS-patiënten. We vonden dat de expressie van genen die een sleutel-rol spelen bij mitochondriale funktie en oxidatief evenwicht, inclusief superoxide-dismutase 2, was gewijzigd, net zoals genen betrokken bij energie-produktie, musculaire groei/ontwikkeling en bepaling van het vezel-fenotype. Belangrijk was dat de expressie van een gen coderend voor een component van de nicotine-cholinergische receptor-bindingsplaats verminderd was, wat een gestoorde neuromusculaire transmissie suggereert. We argumenteren dat deze belangrijke biologische processen betrokken kunnen zijn bij en/of verantwoordelijk voor de spier-symptomen van CVS.

[…]

Het is niet verrassend dat skelet-spieren het meest onderzochte orgaan zijn bij studies die zich richten op de lage tolerantie voor inspanning. Oxidatieve stress, door anderen en ons eigen laboratorium voorgesteld als een mogelijke bijdrage tot de pathofysiologie en klinische symptomen van CVS, is het brandpunt voor research geworden. [zie artikels van het lab van S. Fulle] Een studie vond dat reaktieve zuurstof soorten [ROS] niet enkel verantwoordelijk zijn voor molekulaire schade maar ook fungeren als belangrijke signalisering-molekulen die de samentrekbaarheid moduleren in niet-vermoeide én vermoeide skelet-spieren. Meerdere biochemische en metabole manifestaties in spiervezels bij CVS werden onderzocht maar de besluiten waren controversieel. Er werd getoond dat CVS-patiënten verminderde serum-concentraties aan acetylcarnitine hadden (Kuratsune et al. 1994) [zie ook: ‘Acetylcarnitine – verminderde opname in de hersenen], wat mogelijks duidt op een verminderde mitochondriale energie-produktie in de spier. Matige inspanning veroorzaakt sustantiële musculaire verzuring en de aktiviteiten van adenylaat- en creatine-kinase kinase [enzymen die een rol spelen bij de energie-voorziening van spieren] in de spier zijn gebrekkig bij CVS-patiënten. Bovendien werden spier-pijn in afwezigheid van perifere weefsel-schade en gedaalde zuurstof-verzadiging na inspanning gerapporteerd. In het licht van het beschikbare maar controversiële bewijsmateriaal betreffende de betrokkenheid van spiervezels bij CVS en de karakterisatie van enkelvoudige spiervezels, met inbegrip van de bepaling van contractie-eigenschappen in vivo [zie: ‘Struktuur en funktie van skelet-spieren gewijzigd bij CVS], beslisten we een benadering te gebruiken die niet nog niet werd toegepast om skelet-spieren van CVS-patiënten te bestuderen: de identificatie van veranderingen qua gen-expressie m.b.v. micro-arrays. Ons doel was te bepalen of consistente gen-expressie wijzigingen konden worden geïdentificeerd bij CVS-patiënten. […]

Materialen en Methoden

Individuen

CVS-patiënten […] diagnose volgens de CDC-criteria. […] vijf vrouwen (gemiddelde leeftijd 44,8±3,4 jaar en 5,4±0,7 jaar ziek) en vijf mannen (gemiddelde leeftijd 37,0±3,2 jaar en 7,8±1,9 jaar ziek). […] controles hadden geen huidige of vroegere geschiedenis van diffuse musculoskeletale pijn/vermoeidheid die langer dan 10 dagen duurde. […]

Om de klinische diagnose van CVS te bevestigen en, in het bijzonder, patiënten met fibromyalgie uit te sluiten, gebruikten we ook een directe test. In een eerdere studie toonden we aan dat oxidatieve schade bij CVS de fluïditeit [omschrijvig van de viscositeit van de lipiden-lagen van een cel-membraan] en de vetzuur-samenstelling veranderde van membranen van skelet-spieren, resulterend in een specifiek en eigenaardig patroon dat volledig verschillend was van dat van fibromyalgie-patiënten. Deze laatsten, die over het algemeen hogere gelijkaardige symptomen hebben als CVS-ers, vertonen hogere membraan-fluïditeit dan CVS-patiënten en controles. [Fulle S, Mecocci P, Fanò G et al.. Specific oxidative alterations in vastus lateralis muscle of patients with the diagnosis of Chronic Fatigue Syndrome. Free Radical Biol. Med. 29 (2000): 1252-1259] Om deze reden werd voorgesteld dat deze specifieke schade aan de membranen van skelet-spieren in staat is de excitatie-contractie [de elektrische aktivatie van de spiercel zet de samentrekking in werking] mechanismen te wijzigen [zie ‘Specifieke correlaties tussen oxidatieve stress in de spieren en CVS] en het zou dus nuttig kunnen zijn een onderscheid te maken tussen de twee aandoeningen. Tijdens het voorbereiden van de stalen in deze studie werden bij willekeurige biopten testen uitgevoerd om de membraan-fluïditeit te verifiëren als een inclusie-criterium; en de resultaten bevestigden de klinische diagnose.

[…]

Micro-array

De totale spier biopten hier gebruikt als RNA-bron zullen waarschijnlijk gecontamineerd zijn met andere cel-types (gladde spier, endotheliale cellen, ‘end-plates’ [uiteinden van een motor-neuron], fibroblasten) die kunnen bijdragen tot verschillen qua gen-expressie. Daarom werd een algemene micro-array i.p.v. een spier-specifieke gebruikt.

De humane oligonucleotide-set die hier werd gebruikt bestaat uit 21.329 oligonucleotiden […].

Analyse van gen-expressie profiel werd uitgevoerd bij vier patiënten (twee vrouwen, allebei 48 jaar, 4 en 65 jaar ziek; twee mannen, 27 en 36 jaar, respectievelijk 7 en 12 jaar ziek) aangezien slechts deze in aanmerking kwamen voor de analyse. […]

RNA-isolatie, amplificatie en labeling

[…]

Micro-array co-hybridisatie

[…]

Array-scan en statistische analyse van expressie-data

Resultaten

Samenvatting van het transcriptie-profiel

[…]

Transcriptie-analyse werd gebruikt om de expressie-waarden van duizenden genen gelijktijdig te monitoren, met de specifieke bedoeling transcripten en/of mechanismen te identificeren die betrokken zijn bij CVS spier-symptomen. Ons experimenteel ontwerp vergeleek het RNA van elke CVS-patient met een ‘pool’ van controle-RNA verkregen van alle controle-individuen van het zelfde geslacht. Dit controle-RNA werd aangewend om de effekten van inter-indiviu heterogeniteit onder de controles te minimaliseren en een meer homogene ‘baseline’ te creëeren, om zo een grotere betrouwbaarheid te verkrijgen dat up- of downregulering van transcripten geïdentificeerd bij individuele CVS-patiënten gelinkt zijn met spier-symptomen van het syndroom.

Genen die differentieel tot expressie komen bij vrouwelijke én mannelijke CVS-patiënten

De ‘Significantie Analyse van Micro-Array’ (SAM) identificeerde 218 genen die differentieel tot expressie kwamen (96 ge-upreguleerde en 122 ge-downreguleerde) bij de twee vrouwelijke patiënten, en 453 genen (19 ge-upreguleerde en 434 ge-downreguleerde) bij de twee mannelijke patiënten.

[…]

Terwijl de expressie van 218 genen was gewijzigd bij de vrouwelijke patiënten en de expressie van 453 genen bij de mannelijke patiënten, was de expressie van slechts 47 genen significant veranderd in de bioptie-stalen van alle patiënten: twee genen waren die ge-upreguleerd en 38 waren ge-downreguleerd in biopten van van én mannelijke én vrouwelijke patiënten; zeven genen waren ge-upreguleerd bij vrouwelijke maar ge-downreguleerd bij mannelijke patiënten. Deze genen met differentiële expressie werden gebruikt als basis van onze poging om wijzigingen in sigalisering-mechanismen in spieren te identificeren bij dit syndroom.

Specifieke metabole veranderingen

De genen met differentiële expressie wijzen naar de mogelijke betrokkenheid van meerdere sigalisering-mechanismen en cellulaire processen in skelet-spieren bij de ontwikkeling van CVS. Ze omvatten (a) controle van de oxidatieve toestand, (b) DNA-herstel, (c) energie-balans, (d, e) trofische/inflammatoire processen, (f, g) groei-/apoptose-mechanismen, (h) neuromusculaire transmissie en (i) vezel-fenotype.

[We beperken ons hier tot een opsomming van de genen zonder al te veel wetenschappelijke uitleg; anders zouden we een ganse cursus biochemie en molekulaire biologie moeten meegeven. Geïnteresseerden kunnen altijd contact nemen voor meer informatie. Meer duiding ook in de bespreking…]

a) Oxidatieve stress. Ten minste drie mitochondriale genen die coderen voor proteïnen die direct of indirect gecorreleerd zijn met een onevenwicht in de oxidatieve status in de spier, waren ge-downreguleerd bij zowel vrouwelijke als mannelijke patiënten: (i) superoxide-dismutase 2 (SOD2), dat betrokken is bij het metabolisme van superoxide-anionen en een ‘opruimer’ van ROS gegenereerd in de mitochondrieën; (ii) ferrodoxine 1 (FDX1), dat een ijzer-zwavel proteïne is, in staat om elektronen te transfereren van NADH naar cytochroom-p450 en ook betrokken bij ROS-generatie; en (iii) NADPH-dehydrogenase-quinone 1 (NQO1), dat codeert voor een enzyme in het cytosol [intra-cellulaire vloeistof] dat in staat is te beschermen tegen toxische agentia.

Ook ge-downreguleerd was het gen coderend voor […] (IHPK3), belangrijk in de context van verhoogde oxidatieve schade. […]

b) DNA-herstel en gen-expressie. Eén van de twee genen die ge-upreguleerd waren bij CVS-patiënten was het gen coderend voor […] (POLB), een enzyme dat DNA dubbele helixen herstelt […]. Belangrijk was ook dat we vonden dat het gen […] (CITED2), een proteïne dat het start-complex vormt voor […] acetylering, ge-downreguleerd was. Verminderde acetylering […] aktiviteit van POLB verhoogt. Van het gen […] (SFPQ), dat ook ge-downreguleerd was, werd aangetoond dat het interageert met RNA-polymerase II om de transcriptie te reguleren. Naast een mogelijke rol bij oxidatieve stress, zou downregulering van IHPK3 kunnen resulteren in […], wat het DNA-herstel vermogen wijzigt of mRNA-export verstoort. Ook ge-downreguleerd was het gen coderend voor […] (SRRM2), een component voor een proteïne van de cel-kern matrix dat funktioneert als een co-acktivator voor pre-mRNA ‘splicing’ [verandering van genetische informatie na transcriptie van DNA naar mRNA: tijdens het RNA-processing worden ‘introns’ (overbodige, niet-coderende stukken) uit het pre-mRNA geknipt en de exons van het pre-mRNA aan elkaar geplakt].

Downregulering van het gen coderend voor […] (NM23A/NME1) zou een poging tot compensatie-respons kunnen zijn, bedoeld om DNA-schade te verlichten.

Het is moeilijker de funktionele betekenis te interpreteren van genen die bleken ge-upreguleerd te zijn bij vrouwen maar ge-downreguleerd bij mannen. Deze genen omvatten […] (DYRK2), dat p53 [tumor-proteïne 53, een transcriptie-factor, reguleert de cel-cyclus en funktioneert als een tumor-suppressor] reguleert om apoptose [geprogrammeerde cel-dood] te induceren in respons op DNA-schade; […] (TBL1XR1), die betrokken is gebleken bij histoon-binding [eiwitten die aan DNA binden; zie ‘Samenspel tussen de Glucocorticoid Receptor en Nuclear Factor-κB]; en […] (PDE4B), dat waarschijnlijk geen rol speelt in CVS-spieren.

c) Energie-balans. Eén kenmerk van het CVS-spier gen-profiel was de onderdrukte transcriptie van meerdere genen betrokken bij het energie-meatbolisme van skeletale spiervezels. We vonden dat twee […enzymen, […] (PFKFB3) en […] (PFKFB1) ge-downreguleerd waren; wat suggereert dat glycolyse [afbraak van glucose, waarbij energie vrijkomt, tot pyrodruivenzuur, dat verder kan verbrand worden of anäeroob omgezet tot lactaat] en/of gluconeogenese [vorming van glucose uit niet-koolhydraat bronnen zoals bv. aminozuren, maar vooral uit pyrodruivenzuur] verstoord waren. […] Ook ge-downreguleerd was het gen coderend voor […] (PDK4), dat pyruvaat-dehydrogenase fosforyleert, een enzyme dat belangrijk is voor de oxidatieve [omzetting] van pyruvaat dat uiteindelijk wordt gebruikt voor oxidatieve fosforylatie [ox-fos; mitochondriaal proces waarbij energie-rijke elektronen hun energie afgeven in een serie redox-reakties; zie ook: ‘M.E.(cvs) als Mitochondriale Ziekte]. Bovendien was […] (GOT1) ge-downreguleerd, wat suggestief is voor een toename van de gluconeogenese zonder verbruik van aminozuren., consistent met een poging van de CVS-spieren om glucose te besparen. Genen betrokken bij de fosforylatie van nucleoside-difosfaten waren ook ge-downreguleerd: inclusief […] (AMPD3), een belangrijk enzyme in purine-afbraak [purine is één van de stikstof-basen waaruit nucleïnezuren zijn opgebouwd] in spieren. Het […] (ABCA5) bleek ook ge-downreguleerd, wat suggereert dat de efflux [verwijdering van opgestapeld cholesterol uit de vaatwanden] van cholesterol uit de vezel geïnhibeerd is.

Slechts één met een mogelijk belang voor het energie-evenwicht bleek ge-upreguleerd bij vrouwen én mannen: […] (VLDLR). Dit gen codeert voor de receptor die verantwoordelijk is voor de opname van VLDL [‘very low density’ lipoproteïnen; deeltjes die vetten en cholesterol uit de lever via het bloed naar weefsels transporteren] in de spiervezel en betrokken is bij het primair mechanisme voor vetzuur-transport in skelet-spieren.

d) Atrofische processen. Een ge-downreguleerd tanscript betrokken bij de atrofische processen was […] (FOXO3A). Proteïnen van deze familie zijn transcriptie-factoren die de expressie reguleren van meerdere genen [FOXO transcriptie-factoren controleren fundamentele cellulaire processen zoals metabolisme, cel-differentiatie, cel-cyclus, DNA-herstel en andere reakties op cellulaire stress] die ge-downreguleerd bleken bij onze screening (inclusief PDK4, SOD2 en GADD45, die van belang zijn bij cellulaire responsen zoals glucose-metabolisme, regulering van de cel-cyclus en apoptose). Het is het vermelden waard dat een ander gen dat betrokken is bij het FOXO-mechanisme, […] (H1FX), coderend voor een nucleosoom-proteïne dat DNA linkt met het nucleosoom [complex van DNA en histoon-eiwitten dat de gen-expressie regelt], ge-downreguleerd was.

Belangrijk in de context van atrofische processen: het ubiquitine-afhankelijk katabolisme [merken van proteïnen, door koppeling met ubiquitine, waardoor ze kunnen worden afgebroken] was waarschijnlijk ook onderdrukt; wat blijkt uit de downregulering van ubiquinatie-factor E4A (UBE4A), coderend voor de bijkomende conjugatie-factor E4. Deze factor, die sterk tot expressie komt in skelet-spieren, vervangt het E3-enzyme en is in staat ubiquitine te transfereren naar zijn doel. De onderdrukking van ubiquitine-afhankelijke processen in CVS-spieren wordt verder bevestigd door de downregulering bij vrouwelijke patiënten van […] (PSMD3), coderend voor een non-ATPase subunit [betrokken bij de afbraak van ge-ubiquitineerde proteïnen] van het proteasoom [proteasoom = cytoplasmatische of nucleaire eiwit-complexen die afwijkende – overbodige of beschadigde – proteïnen afbreken via proteasen]. Bij mannelijke patiënten werd de downregulering van […] (PSMB2), coderend voor een beta subunit van het 20S proteasoom [onderdeel van het proteasoom dat ge-ubiquitineerde molekulen afbreekt], vastgesteld.

e) Inflammatoir proces. De volgende genen waren ge-downregeuleerd bij alle patiënten, wat een vermindering van de inflammatoire respons in CVS-spieren suggereert: (i) […] (SLPI), een gen coderend voor een serine-protease [proteasen die peptide-verbindingen, waarin één van de aminozuren serine is, doorknippen] met meerdere funkties bij aangeboren gastheer-verdediging, inflammatie en infektie; (ii) GRO2 oncogen [gen dat ervoor zorgt dat een cel zich als een kanker-cel gaat gedragen], […], een krachtig chemotactisch agens voor polymorfonucleaire leukocyten [stof die meerkernige witte bloedecellen aantrekt]; (iii) […] (GBP2), coderend voor een proteïne dat de proliferatie en de angiogene respons [angiogenese = vorming van nieuwe bloedvaten] van endotheliale cellen [bedekkende cellen van bloed-/lymfe-vaten en lichaamsholten] op inflammatie tegenwerkt, en ook weerstand biedt tegen de proliferatie van vesikulair stomatitis virus en encefalomyocarditis vrius; (iv) […] (TSC22D3/GILZ), een gen coderend voor de mediator van glucocorticoïd-geïnduceerde immunosuppressie, dat interfereert met AP-1 [zie Samenspel tussen de Glucocorticoid Receptor en Nuclear Factor-κB] […] om de binding van aktief AP-1 met zijn doelwit-DNA te inhiberen.

f, g) Groei/apoptose en cytoskeletale regulering. Meerdere ge-downreguleerde genen gemeenschappelijk bij mannelijke en vrouwelijke CVS-patiënten zijn betrokken bij cellulaire groei en apoptose-mechanismen, suggestief voor een relatieve uitdoving van deze inter-connecterende mechanismen. We vonden dat […] (FOS) en […] (MYC) ge-downreguleerd waren. FOS en MYC zijn transcriptie-factoren betrokken bij de proliferatie en cel-cyclus regulering […] maar ze induceren ook apoptose in gevoelige cellen. FOS downregulering is consistent met de downregulering van het met FOS interagerend proteïne TCS22/GILZ, waarmee het een gemeenschappelijke signaal-transductie mechanisme deelt. Ook ge-downreguleerd waren […] (AATF), een transcriptie-factor die EF2-transcriptie [EF = elongatie-factor; proteïne dat het verlengen van peptide-ketens bij proteïne-synthese vergemakkelijkt] stimuleert en cel-cyclus progressie bevordert, en […] (CEBPD), die werd gelinkt aan cel-groei en apoptose in spiercellen.

Vele genen betrokken bij controle van focale adhesie [cel-matrix adhesies of FAs; specifieke types grote macro-molekulaire samenstellingen waarmee mechanische kracht en regulerende signalen worden doorgegeven] en cytoskeletale en/of regulering van de extracellulaire matrix bleken ook ge-downreguleerd bij CVS-patiënten. Onder andere: (i) […] (PRELP), coderend voor een eiwit dat type-I collageen linkt met heparaan-sulfaat basale membranen [heparaan-sulfaat speelt een rol bij angiogenese, coagulatie en tumor-metastase]; (ii) collageen type-V alfa 3 (COL5A3); (iii) […] (LIMK1), coderend voor en proteïne dat eiwitten betrokken bij de organisatie van het actine-cytoskeleton linkt; en (iv) […] (SAT1), coderend voor een eiwit betrokken bij de regulering van apoptose, cellulaire proliferatie en cel-cyclus progressie.

Ook meldenswaardig is de downregulering van twee bijkomende proteïnen: (i) […] (PTK2/FAF), coderend voor een cytoplasmatisch proteïne gelokaliseerd op focale adhesies tussen groeiende cellen, dat belangrijk is voor transductie van externe signalen; en (ii) prion-proteïne (PRNP), ook bekend van bv. Creutzfel-Jakob ziekte […], coderend voor een glycoproteïne gehecht aan het cel-membraan […]; kenmerken die consistent zouden kunnen zijn met rollen qua cel-adhesie en trans-mebraan signalisering. Een ander gewijzigd gen in CVS-spieren, een anti-angiogene factor met een rol in de focale adhesie, is thrombospondine (FLJ14440, THBS1, THBS2), dat ge-upreguleerd blijkt bij vrouwelijke maar ge-downreguleerd bij mannelijke patiënten.

h) Neuromusculaire transmissie. Het gen CHRNA1, coderend voor een component van de acetylcholine binding-plaats van de nicotine-receptor […] bleek ge-downreguleerd. De afwezigheid van dit gen-produkt zou een verstoord vermogen om te antwoorden op motor-neuron ‘vuren’, belangrijk voor trage-vezel-type specificatie, kunnen impliceren.

h) Spiervezel-fenotype. De transcriptie-factor […] (MYF6/MRF4/herculine) bleek ge-downreguleerd bij CVS-patiënten. Bij muizen accumuleert MRF4 in trage vezels en er is bewijs dat dit gen de verschuiving naar het trage vezel-type reguleert. Dit suggereert dat her-modelering van spieren gericht is naar het snelle fenotype bij CVS-patiënten, een interpretatie die overeenstemt met de resultaten van vezel-typering op eiwit-niveau [zie Struktuur en funktie van skelet-spieren gewijzigd bij CVS].

Downregulering van de volgende genen geïdentificeerd in de huidige transcriptoom-analyse ondersteunt ook deze visie: (i) calmoduline 1 (CALM1/fosforylase-kinase delta), coderend voor een belangrijk calmoduline-afhankelijk kinase dat betrokken is bij het decoderen van intracellulaire calcium-oscillaties tijdens myogenese en de differentiatie van het trage-vezel fenotype [calmoduline, CaM, ‘CALcium MODULated proteIN’, een calcium-bindend proteïne dat verschillende doelwit-proteïnen kan binden en reguleren, en zo verscheidene cellulaire funkties beïnvloeden]; en (ii) […] (Egralfa3), coderend voor een transcriptie-factor die sterk tot expressie komt bij ontwikkelende spier-spoelen [sensorische receptoren in de ‘buik’ van een spier die veranderingen detekteert in de lengte van deze spier]. Aangezien spier-spoelen meer aanwezig zijn in de delen van de spier waar type-I vezels geconcentreerd zijn, zou downregulering van dit gen consistent kunnen zijn met een spier-modelering in de richting van het snelle-vezel type. Andere observaties consistent met de visie dat gen-expressie veranderingen bij CVS een verschuiving van het vezel-type van traag naar snel weerspiegelen omvatten: (i) upregulering (beperkt tot vrouwelijke patiënten) van myosine lichte-keten kinase 2 (MYLK2), coderend voor een calmoduline-afhankelijk kinase dat sterk tot expressie komt bij regenererende en volwassen snelle vezels; en (ii) verandering (downregulering bij mannen, upregulering bij vrouwen) […] (CASQ2), coderend voor een proteïne dat kenmerkend is voor trage spiervezels, en belangrijk voor de opslag van calcium in het sarcoplasmatisch reticulum en regulering van de ryanodine-receptor [zie ‘Molekulair mechanisme voor verminderde inspanningscapaciteit].

Bespreking

In deze studie vergeleken we de gen-expressie profielen van de vastus lateralis skelet-spier bij CVS-patiënten en gezonde controles. In deze context was het doel van onze analyse te bepalen of er consistente gen-expressie wijzigingen zijn bij CVS-patiënten die mogelijks de betrokkenheid kunnen tonen van skelet-spieren bij de manifestaties van deze ziekte en aanwijzingen zouden kunnen geven over welke cellulaire processen betrokken zijn. Eerdere studies door onze groep hebben specifieke oxidatieve veranderingen in DNA en lipiden in spier-stalen van CVS-patiënten aangetoond. Het is het vermelden waard dat Mn-SOD [superoxide-dismutase] deficiëntie geassocieerd is met ernstige lipiden-peroxidatie en andere ge-downreguleerde genen, zoals FDX1, NQO1 en IHPK3, kunnen mogelijks bijdragen tot de verstoring van anti-oxidante mechanismen. Daarenboven argumenteerden we dat oxidatieve schade zou kunnen voortkomen uit mitochondriale dysfunktie, gezien de gedocumenteerde strukturele veranderingen van mitochondriale cristae van de spier-mitochondrieën bij CVS, zoals eerder geobserveerd. [zie ‘Afwijkende Pijndrempels en Morfologie in de Spieren bij CVS] Eén van de twee genen die ge-upreguleerd waren in spieren van mannelijke én vrouwelijke CVS-patiënten is het gespecialiseerd DNA-polymerase POLB (zeer belangrijk omwille van zijn ‘base excision’ [cellulair mechanisme dat beschadigd DNA herstelt door het verwijderen van kleine base-paar gebreken] herstel-aktiviteit), dat mogelijks betrokken is bij de respons op verhoogde oxidatieve schade. POLB-aktiviteit kan post-transcriptioneel verhoogd zijn door een vermindering van POLB-acetylering, die een verwacht gevolg zou zijn van CITED2 downregulering. We zouden ook kunnen speculeren dat het cyclisch voorkomen en de variabiliteit van spier-symptomen bij dit syndroom een weerspiegeling zou kunnen zijn van het weefsel-specifiek vermogen van POLB om ROS-geïnduceerde schade te herstellen. In een eerdere studie werd verhoogde anti-oxidante aktiviteit in CVS-spieren aangetoond, te wijten aan verhoogde aktiviteit van peroxidase, transferase en katalase. Deze uitkomst lijkt een poging van de CVS-spieren te vertegenwoordigen om zichzelf te beschermen tegen oxidatieve stress, gebruikmakend van anti-oxidante enzymen die tegen ROS werken in het cytoplasma, en POLB dat in de cel-kern DNA-mutaties helpt herstelllen. Deze positieve feedback is in overeenstemming met de hypothese van verhoogd peroxinitriet (Lane er al. 1998) die reeds werd voorgesteld. In feite zou stikstof-oxide kunnen reageren met ROS en het krachtige oxidant peroxinitriet genereren dat op zijn beurt het niveau van Mn-SOD zou kunnen doen dalen.

De downregulering van fosfofructokinase-transcripten bij al onze geteste patiënten suggereert de hypothese dat CVS, in bepaald opzichten, vergelijkbaar zou kunnen zijn met type-VII glycogenose of Tarui-ziekte, een zeldzame erfelijke ziekte veroorzaakt door fosfofructokinase-deficiëntie in spieren. Een tekort aan dit enzyme resulteert in glycogeen [polymeer van glucose, als energie-reserve opgesalgen in de lever en spieren] opstapeling in weefsels, wat symptomen veroorzaakt die inspanning-intolerantie of voortijdige vermoeidheid, zwakte en stijfheid bij inspanning, en pijnlijke spier-krampen omvatten. In veel gevallen heeft dit defekt systemische consequenties maar in andere gevallen beperken compenserende mechanismen de effekten tot bepaalde weefsels. In enkele patiënten met Tarui-ziekte werd de AMP-deaminase aktiviteit van erythrocyten verhoogd door calmoduline-afhankelijke intracellulaire calcium-verhoging. Bij CVS-spieren vonden we dat AMP-deaminase én calmoduline-fosforylase-kinase ge-downreguleerd waren. Dit is direct bewijs dat CVS en Tarui-ziekte verschillend zijn, gezien beide pathologieën klinisch significante spier-zwakte veroorzaken maar enkel bij CVS zijn de patiënten niet in staat hun verzwakte toestand te verhelpen met rust. De geobserveerde downregulering bij mannelijke én vrouwelijk patiënten van het gen coderend voor AMP-deaminase verdient bijkomende commentaar. AMP-deaminase is een enzyme dat van uiterst belang is bij het behouden van de beschikbaarheid van ATP bij inspanning. Eerdere studies hebben bewijs geleverd van gebrekkige adenylaat-aktiviteit in spieren van CVS-patiënten na matige inspanning [Fulle S, Mecocci P, Fanò G et al.. Specific oxidative alterations in vastus lateralis muscle of patients with the diagnosis of Chronic Fatigue Syndrome. Free Radical Biol. Med. 29 (2000): 1252-1259]. Deze verandering zou kunnen gelinkt zijn met de hoge vermoeibaarheid van CVS-patiënten tijdens uitputtende arbeid. De verstoorde afbraak van purine-nucleotiden in de spier werd geobserveerd bij andere ziekten zoals glycolytisch defekt ziekte en ook bij mitochondriale ziekten waarbij de lipiden- en koolhydraten-oxidatie zijn aangetast.

Het intense gebruik van anaërobe glycolyse voor de nood aan ATP tijdens matige inspanning en het verhoogd aantal glycolytische vezels impiceert lactaat-accumulatie. We kunnen suggereren dat in CVS-spieren er een samenloop is van metabool falen die een verstoring van aërobe energie-produktie, onderdrukking van de purine-afbraak en verhoogd lipiden-verbruik omvat.

Alle spier-stalen van CVS-patiënten vertoonden downregulering van FOXO3A, coderend voor […] één van de vooraanstaande regulators van ubiquitine-ligasen. Als we de mogelijke rol van fosforylatie bij FOXO-inaktivatie ter zijde laten, wat we niet bestudeerden, vonden we dat meerdere aan ubiquitine-proteïne-ligase verwante genen, die molekulaire doelwitten zijn voor FOXO-aktiviteit, waren ge-downreguleerd. Te samen genomen, wijzen deze gegevens naar een onderdrukking van atrofie-signalen in CVS-spieren.

Immuun-dysfunktie werd bij sommige CVS-patiënten gedocumenteerd […]. In onze analyse vonden we geen aanwijzing voor veranderde immuniteit noch enige indicatie voor inflammatoire respons. In tegenstelling daarmee vonden we dat enkele inflammatoire respons genen ge-downreguleerd waren.

Eén van de meest opvallende wijzigingen bij de huidige transcriptoom-analyse bij CVS-patiënten, is de uitgesproken downregulering van CHRNA1, coderend voor […] een component van de acetylcholine-bindingsplaats. De vermoeidheid ervaren door CVS-patiënten zou een centrale óf perifere oorzaak kunnen hebben. Het eerste hangt af van de ‘vuur-frequentie’ en het tweede van neuromusculaire transmissie en/of excitatie/contractie-koppeling. Eerdere rapporten suggereren dat de symptomen van vermoeidheid bij CVS kunnen worden afgeleid van een falen qua ‘vuur-frequentie’ van motor-neuronen en niet van een perifeer defekt in de spier-contractie. Onze resultaten leveren sterk bewijs voor deze opinie, suggererend dat daling van de transcripten leidend tot insufficiëntie wat betreft deze belangrijke cholinergische receptor component zou kunnen bijdragen tot verstoorde neuromusculaire transmissie.

[Dit zou ietwat contradictorisch kunnen lijken… Vroegere studies wijzen NIET op een perifeer defekt en de resultaten hier ondersteunen dit. TOCH wijst de bevinding van gestoorde neuromusculaire transmissie WEL op perifere betrokkenheid… Dr Pietrangelo verklaart (persoonlijke communicatie): “We hebben geen bewijs voor de etiopathogenese van CVS, dus weten we niet of de oorzaak centraal of perifeer is, maar toonden dat skelet-spieren bij CVS-patiënten (vezels en geaktiveerde genen) veranderd zijn. Dit wijst er op dat ook de periferie betrokken is door bv. gestoorde neurotransmissie, mitochondriale defekten, oxidatie enz. Meldenswaardig is dat bewijs is gevonden dat de toestand van de spieren het lot van motor-neuronen beïnvloedt (Musaro A et al., Cell Metabolism (2008) 8, 425-436, ‘Skeletal Muscle Is a Primary Target of SOD1G93A-Mediated Toxicity’) dus denken we dat de interaktie spier-zenuw, en vice versa, heel belangrijk is.”. Voor een overzicht van hun ideëen aangaande CVS en spieren, zie: Specific correlations between muscle oxidative stress and Chronic Fatigue Syndrome: a working hypothesis’.]

Een aantal hier gemelde wijzigingen qua gen-expressie wijzen consistent naar een verschuiving van trage- naar snelle-vezel fenotype zolas reeds aangetoond. Down-regulering van MRF4 en calmoduline-kinase suggereren dat regulerende mechanismen die het trage-vezel fenotype ondersteunen onderdrukt zijn. De downregulering van een gen zoals CASQ2, typisch voor het trage-vezel fenotype, en upregulering van MYLK2, hoewel beperkt tot een subgroep patiënten, is volledig consistent met deze interpretatie.

Ondanks de aanwezigheid van individuele en geslacht-specifieke variaties, zijn er significante en consistente wijzigingen in de transcriptie-profielen van spieren bij vrouwelijke en mannelijke CVS-patiënten; in het bijzonder zijn energie-produktie, management van oxidatieve schade, neuromusculaire transmissie en bepaling van het vezel-fenotype de belangrijkste biologische processen die betrokken zijn. Het is het melden waard dat vele processen gesuggereerd bij transcriptie-profiel analyse onafhankelijk ondersteuning vinden in eerdere rapporten, zoals in het geval van veranderde oxidatieve status en vezel-fenotype wijziging. Deze studie ondersteunt sterk de visie dat spiervezels direct betrokken zijn bij de funktionele en strukturele veranderingen die aan de basis liggen van de pathogene mechanismen van de ziekte en we kunnen besluiten dat spieren op molekulair en cellulair niveau betrokken zijn bij CVS-patiënten.

De twee studies (over veranderingen in vezel-fenotype en dit hier) plus het feit dat dit waarschijnlijk niet het resultaat is van deconditionering is opwindend. We vroegen hoe deze veranderingen ev. zouden kunnen worden omgekeerd Oefen-programmas lijken geen mogelijkheid, gezien vele patiënten een flinke terugval kennen na inspanning. Is er een andere (farmacotherapeutische) optie? Dr Pietrangelo: “ De enige suggestie die we hebben is uithouding-oefeningen. Dit zou het vezel-fenotype kunen doen verschuiven naar het trage type. Dit is echter slechts een opinie, we weten niet of dit effektief zou kunnen werken, en of het mogelijk is dit te doen bij deze patiënten en welk soort protocol zou moeten worden voorgesteld.”.

Geef een reactie »

Nog geen reacties

RSS feed for comments on this post. TrackBack URI

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

Blog op WordPress.com.

%d bloggers op de volgende wijze: