M.E.(cvs)-wetenschap

december 14, 2010

Mogelijke Genetische Ontregeling bij Pediatrische CVS (NR3C1 & NF-kB)

Filed under: Endocrinologie,Genetica — mewetenschap @ 6:23 am
Tags: , , , , , ,

Eerder (zie ‘NR3C1 – Glucocorticoid receptor geassocieerd met CVS’) besloten we dat het verder bekijken van de interakties tussen de Glucocorticoid Receptor en ‘Nuclear Factor-κB’ de moeite waard zou zijn. Onderstaand stuk bevestigt dit nog eens. Onderzoekers zijn geïnteresseerd maar financiële middelen voor dergelijke research in de lage landen ontbreken…

 

Psychology, Vol.1 No.4, 2010, 247-251

Possible Genetic Dysregulation in Paediatric CFS

Leonard A. Jason1, Matthew Sorenson1, Nicole Porter1, Molly Brown1, Athena Lerch1, Constance Van der Eb1, Judy Mikovits2

1 DePaul University, Chicago, USA

2 The Whittemore Peterson Institute for Neuroimmune Disease, Reno, Nevada

SAMENVATTING

Hypocortisolisme is een frequente bevinding bij mensen met het Chronisch Vermoeidheid Syndroom (CVS) en zou een verklarende rol kunnen spelen in de ontwikkeling van de ziekte-symptomen. Het etiologisch [ziekte-veroorzakend] mechanisme achter deze bevinding zou de genetische variatie in expressie van de glucocorticoid receptor (GR) of verhoogde weerstand tegen de effekten van glucocorticoïden kunnen zijn. Verschillende onderzoekers zijn van mening dat allel-variatie in een GR (NR3C1) de expressie van chronische vermoeidheid medieert, mogelijks via een invloed op de werking van de hypothalamus-hypofyse-bijnier (HPA)-as [Rajeevan MS, Smith AK, Dimulescu I, Unger ER, Vernon SD, Heim C, Reeves WC. Glucocorticoid  Receptor Polymorphisms and Haplotypes Associated with Chronic Fatigue Syndrome. Genes, Brain & Behavior (2007) 6(2): 167-176; zie ‘NR3C1 – Glucocorticoid receptor geassocieerd met CVS); en ook Bhattacharjee M, Botting CH, Sillanpaa MJ. Bayesian biomarker identification based on marker-expression proteomics data. Genomics (2008) 92:384-392]. Daarnaast zijn verschillende immunologische variabelen geassocieerd met CVS. Het NF-κB mechanisme [zie: ‘Samenspel tussen de Glucocorticoid Receptor en Nuclear Factor-κB’ & ‘NF-κB en Inspanning] is nauw betrokken bij cellulaire transcriptie en regulering, en bleek geassocieerd te zijn met de ontwikkeling van CVS. Het NF-κB mechanisme wordt direct gereguleerd door en beïnvloedt de aanwezigheid van de GR. Onze studie concentreerde zich op de beoordeling of een dergelijke inflammatoire transcriptie optreedt tijdens de adolescentie. Bevindingen gaven verminderde expressie van NFKB1, NFKB2 en NR3C1 aan. Een daling qua expressie van deze genen kan effekten hebben op de werking van immuuncellen en op cytokine-produktie die de immunologische bevindingen die worden gezien bij mensen met CVS zouden kunnen verklaren.

 

1. Inleiding

Bij volwassen populaties bleek de ontregeling van de hypothalamus-hypofyse-bijnier (HPA-as) geassocieerd met CVS. Volwassenen met CVS neigen lagere cortisol-waarden te vertonen, het belangrijkste signalering-hormoon van de HPA-as. De literatuur staat vol met de bevindingen die HPA-as ontregeling impliceren bij CVS, hetzij door een lagere basale cortisol, een gebrek aan responsiviteit van de HPA-as, een patroon van glucocorticoid-resistentie of verstoring/ontregeling van het verwachte dagelijkse cortisol-patroon. [Er is echter geen volledige eensgezindheid: zie ‘Cortisol bij CVS – verband met pijn en vermoeidheid]

Een gen coderend voor een defekt cortisol-bindend eiwit bleek geassocieerd met CVS [Torpy DJ & Ho JT. Corticosteroid-Binding Globulin Gene Polymorphisms: Clinical Implications and Links to Idiopathic Chronic Fatigue Disorders. Clinical Endocrinology (2007) 67(2): 161-167]. Dit defekt cortisol-bindend eiwit kan het vermogen om te reageren op cortisol verminderen. Smith et al. [Polymorphisms in Genes Regulating the HPA Axis Associated with Empirically Delineated Classes of Unexplained Chronic Fatigue. Pharmacogenomics (2006) 7(3): 387-394] vonden dat verhoogde expressie van genen die de HPA-as beïnvloeden en cortisol-produktie veranderen, de prevalentie voorspelden van onverklaarde chronische vermoeidheid. In een gen-studie door Rajeevan et al.. [zie hierboven] bleek cortisol ook betrokken bij CVS: er werden ‘single nucleotide’ polymorfismen gevonden in het glucocorticoid receptor (GR) gen (meerdere dergelijke allelen waren geassocieerd met verhoogd risico op CVS). Cortisol-binding wordt beïnvloed door elementen van de neuro-endocriene mechanismen.

Complexe interakties van neurologische, immuun- en endocriene systemen, vertrekkend vanuit de genetica van het individu, werken in combinatie met omgeving-factoren om het begin van CVS en het beloop ervan te beïnvloeden. In het bijzonder is een veranderde werking van de HPA-as betrokken bij het verminderd vermogen om reakties op stress te reguleren, zoals te zien bij aandoeningen zoals CVS. Variatie in de expressie van genen gelinkt met de HPA-as funktie is geassocieerd met CVS bij volwassen populaties. Eerder werk heeft variatie in de expressie van GR (NR3C1) gevonden bij personen met CVS, vergeleken met controles [Smith et al.; zie eerder]. Mensen met CVS zouden een verminderde gevoeligheid voor de effekten van cortisol kunnen hebben ten gevolge een downregulering van de GR.

Het is duidelijk dat een zekere mate van HPA-as dysfunktie betrokken is bij het pathogenetisch proces van CVS bij volwassenen en het is mogelijk dat soortgelijke variabelen het bestaan van HPA-as dysfunktie kunnen voorspellen bij pediatrische CVS-gevallen waarbij kinderen, adolescenten en jonge volwassenen betrokken zijn. Er werd bv. gevonden dat de aanwezigheid van HPA-as ontregeling in de adolescentie deze ziekte kan voorspellen. Japanese onderzoekers vonden dat cortisol-secretie was gereduceerd in een pediatrische populatie met CVS in vergelijking met de controle-groep. Anderen vonden een subtiele verandering in de bijnier-werking bij adolescenten met CVS, wat een vermindering van de centrale stimulatie van de bijnieren suggereert, waarbij meisjes een meer verzwakte respons op ACTH vertonen dan jongens. Er is consistente literatuur die ontregeling van glucocorticoid-funktie heeft gevonden in verband met CVS bij zowel volwassen als adolescente populaties.

De huidige studie richt zich op expressie van de steroid-receptor expressie in een pediatrische populatie met CVS en we onderzochten de aanwezigheid van meerdere specifieke genen geassocieerd met de ontwikkeling van CVS bij volwassenen. Eén van de primaire hypothesen die ten grondslag liggen van het voorgestelde werk, is dat een patroon van hypocortisolisme gezien bij volwassenen met CVS [Torres-Harding SR, Sorenson M, Jason L, Reynolds N, Brown M, Mahe  K, Fletcher MA. The Associations between Basal Salivary Cortisol and Illness Symptomatology  in Chronic Fatigue Syndrome. Journal of Applied Biobehavioral Research (2008) 13(3): 157- 180 * zie ‘Cortisol bij CVS – verband met pijn en vermoeidheid], zich zou manifesteren in een pediatrische populatie met dezelfde ziekte. Daarnaast is NR3C1 één van de belangrijkste transcriptionele regulatoren van de GR en polymorfismen van het NR3C1 gen bleken geassocieerd met CVS bij volwassenen. We hebben ook NFKB1 en NFKB2, geassocieerd met inflammatoire responsen die gerelateerd zijn met de ontwikkeling van CVS bij volwassenen, gemeten. De initiatie van inflammatoire veranderingen kan verscheidene jaren voorafgaan aan de ontwikkeling van de vermoeidheid-symptomatologie. Daarom wilden we bepalen of een dergelijke inflammatoire transcriptie voorkwam tijdens de adolescentie.

2. Methode

[…] adolescenten met CVS (n = 6) […] gemiddelde leeftijd was 17,8 jaar (16 tot 21). Alle kregen de diagnose CVS door een arts die bekend was met deze ziekte. [Duidelijke karakterisatie van de CVS-populatie ontbreekt…]

[…] analyse van de gewenste mRNA-transcripten met behulp van een QuantiGene Plex System (Panomics Inc; Fremont, CA) […] berekend in verhouding tot het gemiddeld signaal van glyceraldehyde-3-fosfaat-dehydrogenase (GAPDH) [een ‘huishoudelijk’ gen; makkelijk te amplificeren en als controle gebruikt bij PCR].

Rationale voor de selektie van cortisol en mRNA-transcripten:

We zochten naar de aanwezigheid van boodschapper-RNA transcripten die van invloed kunnen zijn op receptor-expressie. De reden voor de selektie van de onderzochte transcripten (NR3C1, NFKB1, NFKB2) was gebaseerd op eerdere bewijzen waaruit een mogelijke relatie tussen deze transcripten en CVS blijkt, samen met een evaluatie van hun bekende biologische aktiviteit. Op basis van eerdere bevindingen bij volwassen populaties, kozen we ook om cortisol-waarden in deze populatie te onderzoeken. Het NR3C1 gen codeert voor een proteïne-receptor voor glucocorticoïden. Dit proteïne kan binden aan DNA en andere eiwitten en zo transcriptionele regulering beïnvloeden. Mutaties in de struktuur van dit proteïne kunnen glucocorticoid-binding beïnvloeden, resulterend in een zekere mate van weerstand tegen de werking van glucocorticoïden.

Het NF-κB mechanisme is één van de belangrijkste regulatoren van de inflammatoire respons bij meerdere cel-populaties. Dit mechanisme beïnvloedt en wordt beïnvloed door het vrijkomen van cytokinen en andere inflammatoire mediatoren. NFKB1 is betrokken bij de cel-differentiatie en pro-inflammatoire immuun-respons. NFKB2 is ook betrokken bij de cel-differentiatie en pro-inflammatoire immuun-respons, maar heeft een sterkere rol op B-cellen en apoptose (geprogrammeerde cel-dood). De expressie van de nucleaire receptor familie NFKB1 (nucleire factor kappa licht polypeptide) en NFKB2 (nucleaire factor kappa lichte polypeptide gen-‘enhancer’) worden ook direct gereguleerd door en beïnvloeden de aanwezigheid van GR [De Brosscher K, Vandenberghe W, Haegeman G. The Interplay between the Glucocorticoid Receptor and Nuclear Factor-kb or Activator Protein-1: Molecular Mechanisms for Gene Repression. Endocrine Reviews (2003) 24(4): 488-522 * zie: ‘Samenspel tussen de Glucocorticoid Receptor en Nuclear Factor-κB]. Het bepalen van de niveaus van NFKB1 en NFKB2 biedt een manier om de relatieve efficiëntie van GR-funktie te bepalen en een inzicht te krijgen in de regulering van deze receptor in een adolescente populatie met vermoeidheid. In deze verkennende studie hebben we ervoor gekozen om ons te concentreren op deze waarvan is aangetoond dat ze bij volwassenen zijn geassocieerd met CVS. Zo onderzochten we de variatie in expressie van factoren die betrokken zijn bij de regulering en expressie van componenten van het immuunsysteem in een populatie van adolescenten met CVS.

3. Resultaten

De verkregen stalen vertoonden lage gemiddelde cortisol-waarden (56,73 ng/ml, SD = 24,73). Deze pediatrische CVS waarden zijn aanzienlijk lager dan die gevonden bij de pediatrische controle-stalen (6-16 jaar: 91,0 ng/ml, SD = 19) en ondersteunen de aanwezigheid van hypocortisolisme bij pediatrische stalen met CVS. [Cortisol-meting was éénmalig ’s morgens…]

Daarnaast werden de zes stalen naar de test-dienst van Panomics (Fremont, CA) gestuurd voor de bepaling van de drie afzonderlijke genen passend in het concept voor de ontwikkeling van CVS: NRC31, NFKB1 en NFKB2. Resultaten werden genormaliseerd t.o.v. GAPDH en de expressie-ratios afgeleid. […] De gegevens tonen een patroon van downregulering van gen-expressie in het pediatrisch staal met CVS, gelijktijdig met verminderde cortisol-waarden.

4. Bespreking

De belangrijkste bevindingen van de studie waren hypocortisolisme en de ge-downreguleerde expressie van NR3C1 (het gen dat codeert voor de GR), NFKB1 en NFKB2. De verlaagde expressie van het gen coderend voor de GR levert bewijs voor dysfunktie van de HPA-as bij mensen met CVS. De expressie van NF-κB wordt geassocieerd met pro-inflammatoire immuun-responsen en wordt veroorzaakt door stimuli, zoals reaktieve zuurstof soorten, mitogenen, cytokinen TNF-α en IL-1. In ons pedriatisch staal was er een duidelijke downregulering van NFKB1 en NFKB2. Er kan echter worden verwacht dat, in respons op ge-downreguleerde endogene glucocorticoïden, de transcriptie van inflammatoire genen door NF-κB ge-upreguleerd zijn. Glucocorticoïden hebben aanzienlijke onderdrukkende effekten op de expressie van NF-κB, een aktie die gebeurt door middel van ligand-binding van de glucocorticoid receptor. In aanwezigheid van downregulering van de glucocorticoid receptor, is het mogelijk dat onderdrukking van NF-κB inaktief is. Een andere mogelijkheid is een verstoring van een geassocieerde co-receptor of molekule die adequate GR-binding inhibeert, wat leidt tot een toestand waarin NF-κB en NR3C1 waarden beiden zijn verlaagd.

NF-κB is een pro-inflammatoire transcriptie-factor, en voorkomt apoptose en onderdrukking van het immuunsysteem die typisch worden aangetoond door ge-upreguleerde CD8+. In een studie bij meisjes met CVS, vonden Ter Wolbeek et al. [Longitudinal Analysis of Pro- and Anti-Inflammatory Cytokine Production in Severely Fatigued Adolescents. Brain, Behavior and Immunity (2007) 21(8):1063- 1074] ook verlaagde waarden van de pro-inflammatoire cytokinen IL-6 en TNF-α maar verhoogde waarden van de anti-inflammatoire cytokinen IL-10 en interferon (IF)-γ. Aanwijzingen voor een proces van anti-inflammatoire transcriptie of onderdrukking van het immuunsysteem zou echter worden ondersteund door een overwicht van Th2-type immuun-respons en verhoogde cortisol-waarden [2].

Een mogelijke verklaring voor deze downregulering van alle drie de genen is een bi-directionele competitieve inhibitie of trans-repressie op NFKB1/NFKB2 en NR3C1, op elkaar uitgeoefend. Dit proces kan het eind-resultaat zijn van een langdurige aktivatie van het NF-κB mechanisme, zodat de expressies van NFKB1/NFKB2 zijn uitgeput via de produktie van hun eigen remmer Ik-Bα na translocatie naar de kern. Ik-Bα (een lid van de IK-B familie van inhiberende eiwitten) creëert een feedback controle-circuit dat voorkomt dat NF-κB waarden te hoog oplopen en overmatige inflammatie veroorzaken. Ik-Bα zal pro-inflammatoire transcriptie van NF-κB inhiberen via negatieve feedback, wat eventueel de downregulering van NFKB1and NFKB2 genen zou kunnen verklaren. Het initiëren van de triggering van het NF-κB mechansime wordt waarschijnlijk geregisseerd door de aanwezigheid van meerdere factoren: mitogenen, bakterieën, UV-straling, virussen, cytokinen IL-1 en TNF-α, samen met andere pro-inflammatoire molekulen en reaktieve zuurstof soorten (die allemaal het potentieel hebben om inflammatie te triggeren en cortisol-waarden te onderdrukken). Het is mogelijk dat een langdurige aktivatie van dit inflammatoir mechanisme heeft geleid tot de downregulering van de produktie van NFKB1 en NFKB2 door hun inhibitor Ik-Bα. Deze inhibitie zou dan de cel in een anti-inflammatoire toestand achterlaten, wat kan leiden tot de downregulering van het NR3C1 gen dat codeert voor de GR, aangezien de expressie ervan niet nodig zou zijn wanneer de cel zich in een anti-inflammatoire of onderdrukte toestand bevindt.

Een tweede mogelijke verklaring waarom alle drie de genen zijn ge-downreguleerd is competitie tussen NF-κB en de GR voor beperkte hoeveelheden van de volgende co-aktivatoren: steroid receptor co-aktivator-1 (SRC-1) en CREB-bindend eiwit (CBP). Beide co-activatoren binden aan NR3C1 en NF-κB, en zijn noodzakelijk voor de trans-aktivatie (transport naar de kern waar transcriptie wordt uitgevoerd) van zowel NF-κB en de GR [De Bosscher K, Schmitz ML, Vandenberghe W, Plaisance S, Fiers W, Haegeman G. ‘Glucocorticoid-Mediated Repression of Nuclear Factor-KappaB-Dependent Transcription Involves Direct Interference with Transactivation. Proceedings of the National Academy of Science USA (1997) 94 (25): 13504-13509]. Ontoereikende toelevering of onvoldoende hoeveelheden van deze co-activatoren kunnen leiden tot de ge-downreguleerde expressie van elk van de drie genen die coderen voor transcriptie-factoren. Het is ook mogelijk dat NFKB1 en NFKB2 betrokken zijn bij het beïnvloeden van de mate waarin de glucocorticoid receptor (GR) sensitiviteit voor zijn ligand (cortisol) vertoont. Zowel de expressie en gevoeligheid van de GR voor zijn ligand kan worden beïnvloed door een aantal factoren, waaronder maar niet beperkt tot: post-translationele modificaties, de effekten van signalisering-cascades, verminderde of veranderde expressie van heat-shock proteïnen, DNA-‘bending’ [buigingen (en ook verdraaiingen/lus-vormingen in het DNA) reguleren transcriptie], variaties in het receptor-proteïne, dimerisatie van een alternatieve receptor, receptor chaperone defekt [chaperones: eiwitten die helpen om andere eiwitten in een goede vorm te brengen of te houden, die helpen bij het modelleren en vouwen].

Deze gegevens tonen aan dat in een pediatrische populatie met CVS, er verminderde expressie is van het gen dat codeert voor de GR. In een adolescente populatie kan er een verhoogd niveau qua kwetsbaarheid voor verstoringen van de HPA-as aanwezig zijn. In een kwetsbare populatie kunnen dergelijke verstoringen eind-effekten hebben op de cognitieve mechanismen en levenslange neuro-endocriene responsiviteit. Hoewel veel van de speculaties betreffende de effekten van cortisol de neiging had om de gevolgen van hypercortisolisme te onderzoeken, kan het gebrek aan toereikend hormoon net zo verstorend zijn. Deze gegevens benadrukken het belang van het onderzoeken van dit mechanisme in een adolescente populatie. Deze bevindingen moeten als preliminair worden beschouwd gezien de beperkte grootte van het staal, en er is een nood aan replicatie bij een grotere groep.

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: