Mensen uit het onderzoeksteam rond Prof. Julia Newton zijn al enkele jaren bezig met gedegen onderzoek rond de cellulaire energie-produktie bij M.E.(cvs). Onderstaand artikel is een voorzetting daarvan. Lees dus ook hun publicaties over eerder werk:
2015, Brown, ‘Abnormale AMPK-aktivatie & glucose-opname in spiercellen bij CVS’
2017, Tomas, ‘Cellulaire bio-energetica verstoord bij patiënten met M.E.(cvs)’
2018, Brown, ‘Aktivatie van AMPK & glucose-opname in M.E.(cvs) spiercellen’
2019, Tomas/Brown, ‘Mitochondriale complex aktiviteit in gepermeabiliseerde cellen bij CVS’
Deze studie toonde dat spiercellen hetzelfde probleem vertonen als wat werd gevonden in monoycten uit de bloedsomloop. Dit wijst er op dat de verstoorde aanmaak van energie dus een algemeen probleem is: “skeletspier-cellen van CVS-patiënten vertonen een gelijkaardige dysfunktie wat betreft mitochondriale respiratie als PBMCs”. Zoals ook reeds door andere teams werd gesuggereerd ligt de dysfunktie wellicht in de verbindingsstap tussen glycolyse en de TCA-cyclus. De resultaten worden omstandig besproken.
Daar het een studie over spierbiopten (invasief) gaat, betreft het een kleine populatie. Er wordt aangegeven dat de diagnostische criteria van Fukuda (niet CCC) werden gehanteerd maar de patiënten hadden wel een zeer ernstige vermoeidheidsgraad.
Het werk werd gefinancierd door ‘ME Research UK’ en via bijdragen van de ‘ME Association’ & ‘Action for ME’.
————————-
Scientific Reports (2020) 10: 18232
Substrate utilisation of cultured skeletal muscle cells in patients with CFS
Cara Tomas (1), Joanna L. Elson (1,2), Julia L. Newton (1,3) & Mark Walker (1,3)
1 Translational and Clinical Research Institute, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, UK
2 Centre for Human Metabolomics, North-West University, Potchefstroom, South Africa
3 Newcastle upon Tyne Hospitals, NHS Foundation Trust, Newcastle upon Tyne, UK
Patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) lijden dikwijls onder ernstige spierpijn en een onvermogen om zich in te spannen omwille van spier-moeheid. Er werd eerder aangetoond dat CVS skeletspier-cellen lagere waarden qua ATP en een AMP-gektiveerd proteïne-kinase dysfunktie hebben. Deze studie beschrijft experimenten die kijken naar het gebruik van verschillende substraten door by skeletspier-cellen van CVS-patiënten (n = 9) en gezonde controles (n = 11) gebruikmakend van extracellulaire flux analyse. De resultaten tonen dat CVS skeletspier-cellen niet in staat zijn glucose in dezelfde mate te gebruiken als cellen van gezonde controles. CVS skeletspier-cellen bleken normaal galactose en vetzuren te oxideren, wat er op wijst dat de bio-energetische dysfunktie ‘upstream’ van de TCA-cyclus ligt. De dysfunktie qua glucose-oxidatie is gelijkaardig met wat eerder werd getoond in bloedcellen van CVS-patiënten. De samenhang van de cellulaire bio-energetische dysfunktie bij verschillende celtypes ondersteunt de hypothese dat CVS een systemische ziekte is. Het behoud van de bio-energetische defekten in gecultiveerde cellen geeft aan dat er een genetische of epigenetische component verbonden is aan de ziekte. Dit is de eerste studie die cellen afgeleid van skeletspier-biopten van CVS-patiënten en gezonde controles gebruikt om de cellulaire bio-energetische funktie in complete cellen te bekijken.
Inleiding
Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), algemeen bekend als Myalgische Encefalomyelitis (M.E.) is […] met universeel aanvaarde diagnostische criteria die nog dienen te worden overééngekomen. De cellulaire bio-energetica van CVS werden eerder bestudeerd [Naast onderstaande studies: Armstrong CW et al. Metabolic profiling reveals anomalous energy metabolism and oxidative stress pathways in Chronic Fatigue Syndrome patients. Metabolomics (2015) 11: 1626-1639 /// Fluge Ø., Mella O et al. Metabolic profiling indicates impaired pyruvate dehydrogenase function in Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome. JCI Insight (2016) 1: e89376 /// Yamano E et al. Index Markers of Chronic Fatigue syndrome with dysfunction of TCA and urea cycles. Sci. Rep. (2016) 6: 34990 /// Naviaux RK et al. Metabolic features of Chronic Fatigue Syndrome. Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2016) 113: E5472-80 /// Germain A et al. Metabolic profiling of a Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome discovery cohort reveals disturbances in fatty acid and lipid metabolism. Mol. Biosyst. (2017) 13: 371-379]. Deze studies maakte gebruik van verschillende celtypes en toonden dat cellen van CVS-patiënten een dysfunktie qua cellulaire energie-produktie vertonen. Onze groep gebruikte eerder perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMCs) en toonde dat cellen van CVS-patiënten in aanwezigheid van glucose het oxidatieve fosforylatie mechanisme (OXPHOS, ook gekend als mitochondriale respiratie, niet in dezelfde mate aanwenden als gezonde controles [Tomas C, Newton J et al. Cellular bioenergetics is impaired in patients with Chronic Fatigue Syndrome. PLoS One (2017) 12: e0186802]. Deze studie toonde ook dat niet enkel de stoornis aanwezig was bij ‘baseline’ maar dat cellen van CVS-patiënten ook significant lagere OXPHOS-waarden hadden wanneer de cellen tot hun maximum werden gedwongen d.m.v. een cellulaire stressor. Een daaropvolgende studie bekeek de aktiviteit van individuele complexen van de mitochondriale respiratoire keten in PBMCs en skeletspier-cellen, en vond dat deze allemaal normaal waren [Tomas C, Brown AE et al. Mitochondrial complex activity in permeabilised cells of Chronic Fatigue Syndrome patients using two cell types. Peer J. (2019) 7: e6500].
Brown AE et al. gebruikten skeletspier-cellen afgeleid van biopten bij CVS-patiënten en voor leeftijd/geslacht gematchte gezonde controles om te tonen dat – anders dan in cellen van gezonde controles – CVS-cellen de energie-sensor AMP-geaktiveerde proteïne-kinase (AMPK) niet aktiveren in respons op in vitro ‘inspanning’ [Abnormalities of AMPK activation and glucose uptake in cultured skeletal muscle cells from individuals with Chronic Fatigue syndrome. PLoS One (2015) 10: e0122982]. Een ‘follow-up’ studie toonde echter dat farmacologische aktivatie van AMPK succesvol was bij CVS-cellen, wat leidde tot de suggestie dat het onvermogen om AMPK te aktiveren bij vitro inspanning wordt veroorzaakt door een defekt proximaal aan AMPK [Pharmacological activation of AMPK and glucose uptake in cultured human skeletal muscle cells from patients with ME/CFS. Biosci. Rep. (2018) 38]. De studie toonde ook dat CVS-cellen significant lage ATP-waarden levels hebben dan gezonde controles, zelfs wanneer AMPK farmacologisch werd geaktiveerd.
De twee belangrijkste mechanismen voor cellulaire energie-produktie zijn OXPHOS en glycolyse. Deze kunnen simultaan worden onderzocht gebruikmakend van de Seahorse extracellulaire flux analyser. Er werd eerder aangetoond dat CVS-PBMCs een verstoorde OXPHOS vertonen in respons op glucose. Via deze werd in deze studie het vermogen onderzocht van CVS skeletspier-cellen en deze van voor leeftijd/geslacht gematchte gezonde controles, om verschillende brandstoffen te gebruiken voor cellulaire energie-produktie. Het gebruik van glucose, galactose en vetzuren werden allemaal onderzocht. Deze studie is de eerste om CVS skeletspier-cellen aan te wenden om te kijken naar de cellulaire bio-energetische funktie in complete cellen.
Resultaten
Karakteristieken van de deelnemers
Bij afname van de spier-biopten werden de vermoeidheid impact schaal (FIS) afgenomen en de BMI geregistreerd voor alle CVS-patiënten. Ook leeftijd en geslacht werden voor elke deelnemer genoteerd. [CVS: 8 vrouwen/ 1 man; leeftijd 47 ± 0,96; FIS (zie Methodes) 101 ± 22,3; BMI 27 ± 2,3].
Glycolyse
De glycolyse werd beoordeeld d.m.v. extracellulaire flux analyse om metingen van glycolyse, glycolytische capaciteit en glycolytische reserve voor skeletspier-cellen van CVS en gezonde controles te bekomen. De resultaten tonen dat er geen significante verschillen zijn qua gebruik van het glycolyse-pad tussen onbehandelde CVS en controle spiercellen (p ≥ 0.372). De cellen werden ook behandeld met ‘compound 991’ (een directe AMPK-aktivator) of metformine (een indirecte AMPK-aktivator) om dan de glycolyse te meten. Glycolyse, glycolytische capaciteit en glycolytische reserve bleken vergelijkbaar zelfs na behandeling met ‘compound 991’ (p ≥ 0.129) of metformine (p ≥ 0.136). Metformine verhoogde de glycolyse en de glycolytische capaciteit bij beide groepen t.o.v. onbehandelde cellen (p ≤ 0.008). Behandeling met zowel metformine als ‘compound 991’ toonde een trend naar een relatieve toename van de glycolytische parameters voor beide groepen, dit was echter enkel statistisch significant voor glycolyse en glycolytische capaciteit van de gezonde controles (p ≤ 0.036).
OXPHOS
Glucose. Gebruikmakend van glucose als substraat werd de OXPHOS gemeten in onbehandelde, met ‘compound 991’ behandelde en metformine-behandelde skeletspier-cellen van CVS en gezonde controles. Onbehandelde CVS-cellen vertoonden een significante reductie van het OXPHOS-niveau bij ‘baseline’ (p = 0.001) en bij maximale stimulatie (p = 0.002) om zuurstof te consumeren met glucose als substraat. Wanneer de cellen werden behandeld met metformine vertoonden spiercellen van zowel gezonde controles als CVS een daling qua OXPHOS-parameters, zoals wordt verwacht bij inhibitie van complex-I [deel van de elektronen-transport-keten, NADH coenzyme-Q oxidoreductase]. Met ‘compound 991’ bleek in de CVS-groep nog significant lagere waarden qua basale respiratie (p < 0.001) en maximale respiratie te vertonen (p = 0.002) t.o.v. cellen van gezonde controles. Behandeling met metformine toonde dat de CVS-groep lagere waarden qua basale respiratie (p = 0.058) en maximale respiratie (p = 0.074) had maar deze resultaten waren niet statistisch significant. Er waren geen verschillen tussen CVS en gezonde controles qua ATP-produktie. De behandeling van de cellen met de directe AMPK-aktivator ‘compound 991’ verhoogde de basale respiratie van CVS spiercellen tot waarden vergelijkbaar met die van onbehandelde controles. Dit toont dat ‘compound 991’ het vermogen heeft om de OXPHOS-funktie te normaliseren in geïsoleerde spiercellen. Cellen van CVS-patiënten waren ook vergelijkbaar met die van gezonde controles wat betreft van ATP-produktie en maximale respiratie bij behandeling met ‘compound 991’. Metformine veroorzaakt een vergelijkbare relatieve daling qua basale respiratie tussen de controle- en CVS-groepen. Evenzo veroorzaakte ‘compound 991’ vergelijkbare percentage toenames in de twee groepen wat betreft basale respiratie; wat toont dat beide groepen op dezelfde manier worden beïnvloed door de twee molekulen.
Galactose. Het effekt van het gebruik van galactose als substraat voor de skeletspier-cellen werd ook onderzocht. Cellen van CVS en gezonde controles werdengedurende 24 h behandeld met 10 mM galactose vóór OXPHOS werd gemeten. Galactose dwingt cellen OXPHOS in grotere mate te gebruiken dan glucose, aangezien het gebruik van galactose niet resulteert in een netto-winst van ATP via de glycolyse en zodoende de cellen dwingt om de mitochondriale respiratie aan te wenden om ATP te produceren. Wanneer galactose wordt gebruikt als substraat vertoonden CVS skeletspier-cellen normale waarden qua basale respiratie en ATP-produktie (p ≥ 0.180). Dit toont aan dat OXPHOS normaal kan funktioneren in deze cellen maar het is afhankelijk van het substraat. CVS skeletspier-cellen geïncubeerd in galactose vertoonden hogere waarden qua maximale respiratie dan cellen van gezonde controles (p = 0.019). Deze toename geeft aan dat onder cellulaire energetische belasting cellen van een subgroep CVS-patiënten in staat zijn hun respiratoire capaciteit te verhogen afhankelijk van het beschikbaar substraat.
Vetzuur-oxidatie. Het vermogen van skeletspier-cellen om vetzuren aan te wenden als brandstof werd ook onderzocht. Beta-oxidatie van vetzuren vereist het glycolyse-mechanisme niet aangezien het aangemaakte acetyl-CoA direct de TCA-cyclus binnenkomt. Aangezien we hebben getoond dat OXPHOS dysfunktioneel is in CVS skeletspier-cellen, wilden we de mogelijke mechanismen die bij deze dysfunktie mogelijk betrokken zijn verminderen. Aangezien het via de vetzuur-oxidatie geproduceerde acetyl-coA direct de TCA-cyclus binnentreedt, laat dit experiment ons toe om te bekijken of de TCA-cyclus, en de ‘downstream’ processen, normaal funktioneren. We berekenden basale en maximale mitochondriale respiratie voor zowel endogene als exogene vetzuren. Daaruit bleek dat er geen significante verschillen zijn tussen de vetzuur-oxidatie in skeletspier-cellen van controles en CVS (p ≥ 0.142).
ROS
De aanmaak van ROS kan de cellulaire zuurstof-consumptie significant wijzigen. Zuurstof-consumptie is de meting die wordt gebruikt om OXPHOS te berekenen bij extracellulaire flux analyse. Om te tonen dat de resultaten van de OXPHOS-experimenten te wijten zijn aan mitochondriale respiratie i.p.v. ROS-produktie maten we daarom ROS gebruikmakend van de ROS-detektor DCFDA. De aanmaak van ROS werd gemeten in aanwezigheid van glucose, galactose en palmitaat/BSA [het vetzuur palmitinezuur geconjugeerd met BSA (runder serum-albumine), substraat bij de meting van gebruik van exogene vetzuren; BSA alleen voor het gebruik van endogene vetzuren]. Voor alle drie de substraten toonden we dat er geen significante verschillen waren tussen de aanmaak van ROS door skeletspier-cellen van CVS en die van gezonde controles (p ≥ 0.390).
Aangezien er geen verschil qua ROS-produktie was tussen de twee groepen, impliceert dit dat de zuurstof-consumptie gemeten via de Seahorse niet te wijten is aan verschillen in ROS-aanmaak en daarom waarschijnlijk enkel te wijten is aan de mitochondriale respiratie.
Bespreking
Deze studie heeft getoond dat het vermogen van CVS skeletspier-cellen om glucose als substraat te gebruiken, verminderd is, vergeleken met cellen van gezonde controles. CVS skeletspier-cellen bleken echter galactose en vetzuren normaal te verbranden alsook werd een normale glycolytische funktie getoond. De studie geeft aan dat de cellulaire bio-energetische dysfunktie bij CVS ‘upstream’ van de TCA-cyclus ligt. We hebben een normaal funktionerend glycolyse-mechanisme getoond gelijkaardig als bij eerdere observaties in PBMCs [zie Tomas C et al. (2017) hierboven]. Dit toont een gemeenschappelijke factor tussen de twee celtypes van individuen met CVS.
Dit werk heeft getoond dat CVS skeletspier-cellen gedaalde OXPHOS hebben vergeleken met cellen van gezonde controles wanneer glucose het substraat is. Dit is ook gelijkaardig met wat eerder werd getoond in PBMCs [zie Tomas C et al. (2017) hierboven]. Bij het gebruik van glucose als cellulair substraat behandelden we skeletspier-cellen met twee AMPK-aktivators – ‘compound 991’ & metformine. ‘Compound 991’ (dat nog moet worden getest in klinische proeven bij mensen) is een directe AMPK-aktivator [zie Brown AE et al. (2018) hierboven]. Behandeling met ‘compound 991’ lijkt de OXPHOS-waarden van cellen van CVS-patiënten naar het zelfde niveau te brengen als onbehandelde controle-cellen. Het is onduidelijk of dit effekt zich zou uitbreiden tot cellen die zich in vitro inspannen d.m.v. elektrische puls stimulatie (EPS) aangezien er momenteel geen manier bestaat om EPS toe te passen binnen Seahorse-experimenten.
Bij het vergelijken van metformine-behandelde met onbehandelde cellen toonden de resultaten dat CVS skeletspier-cellen in staat waren zich aan te passen aan de lagere energie-produktie door de mitochondrieën via het verhogen van de glycolytische funktie. Dit patroon wordt ook gezien in cellen van gezonde controles. De resultaten in CVS-cellen tonen dat de cellen het vermogen hebben om hun glycolytische funktie te verhogen in respons op verminderde mitochondriale funktie; het is echter niet duidelijk waarom de cellen niet in staat zijn dit te doen wanneer de mitochondriale funktie op een natuurlijke manier lager is i.p.v. dat de gereduceerde OXPHOS wordt veroorzaakt door een farmacologische interventie. Het kan zijn dat metformine-behandeling OXPHOS doet dalen naar een drempel die laag genoeg is om de cellulaire respons van verhoogde glycolytische funktie to triggeren ter compensatie. Het vermogen van de CVS-cellen om glycolytische funktie te doen stijgen in respons op metformine-behandeling impliceert dat AMPK werkt zoals verwacht in rust bij CVS. Ook al kan metformine-behandeling de glycolytische funktie doen stijgen in zowel controle- als CVS-groepen, lijkt de relatieve toename lager bij de CVS-groep hoewel het verschil niet statistisch significant is. Dit suggereert nog steeds een probleem met het aanpassend vermogen van de cellen of hun onvermogen om even snel te adapteren aan veranderingen van beschikbaarheid van voedingstoffen en energie-produktie.
Oxidatie van galactose levert geen netto toename van ATP via het glycolyse-pas, het is enkel wanneer het substraat door de mitochondrieën wordt aangewend tijdens OXPHOS dat ATP wordt geproduceerd. Dit dwingt de cellen om enkel OXPHOS te gebruiken voor ATP-aanmaak i.p.v. ook te betrouwen op het glycolyse-mechansime. Normale basale OXPHOS-waarden bij gebruik van galactose als substraat duidt op normaal funktioneren van de processesn ‘downstream’ van glycolyse, zoals de TCA-cyclus en werking van mitochondriale respiratoire complexen. Deze research ondersteunt eerder gepubliceerde gegevens die normale funktie van individuele complexen van de mitochondriale respiratoire keten tonen en werk dat geen bewezen pathogene mitochondriale DNA-variaties vond bij CVS, en impliceert dat enig defekt ‘upstream’ van de of mitochondriale respiratoire complexen zelf ligt [zie Tomas C et al. (2019) hierboven & De Venter M, Newton J et al. MtDNA population variation in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome in two populations: a study of mildly deleterious variants. Sci. Rep. (2019) 9: 2914]. Het vermogen van sommige van de cellen van CVS-patiënten om maximale respiratie te doen stijgen boven die van gezonde controles wanneer galactose als substraat wordt gebruikt, toont een stratificatie-effekt in de patiënten-populatie. Dit kan er op wijzen dat sommige patiënten beter in staat zijn dan anderen om zich aan te passen aan veranderende substraat-beschikbaarheid. Er dient echter te worden opgemerkt dat er bij de galactose-experimenten geen exogeen glucose in het celmedium werd aangeboden. Dit zou de UDP-glucose substraat-voorraad (die vereist is voor de galactose-uridyl-transferase reaktie en de omzetting van galactose) kunnen hebben beperkt. Er kunnen verschillende resultaten worden gezien bij toevoeging van exogeen glucose aan het celmedium.
De vetzuur-oxidatie was ook normaal in de CVS skeletspier-cellen, wat opnieuw impliceert dat een defekt ‘upstream’ van de TCA-cyclus ligt, aangezien beta-oxidatie acetyl-CoA oplevert die rechtstreeks de TCA-cyclys kan binnentreden. De normale basale funktie van CVS skeletspier-cellen bij gebruik van galactose of vetzuren als substraten, gekoppeld met normale glycolytische funktie kan er op wijzen dat het probleem bij de verbindingsstap tussen pyruvaat en de TCA-cyclus ligt. Dit omvat mogelijks defekten van het pyruvaat-dehydrogenase-complex (PDH), pyruvaat-dehydrogenase-kinase (PDK) of mitochondriale proteïne-carriers. Dit past bij een studie waarbij een PDK-inhibitor werd gebruikt in een open-label ‘proof-of-principle’ proef en een studie door by Fluge et al. waar werd gekeken naar PDH-ontregeling in CVS-bloedstalen [zie Fluge Ø et al. hierboven & Comhaire F. Treating patients suffering from Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS) with sodium dichloroacetate: an open-label, proof-of-principle pilot trial. Med. Hypotheses (2018) 114: 45-48]. De in vitro studie door Fluge Ø et al. gebruikte aminozuur- en mRNA-analyse, en suggereerde dat mitochondriale pyruvaat-oxidatie abnormaal kan zijn bij CVS. Het gebruik van galactose als cellulair substraat toont een stijging qua maximale respiratie en reserve-capaciteit bij CVS skeletspier-cellen vergeleken met gezonde controles. Deze toename werd ook gezien door Fluge Ø et al. wanneer controle-spiercellen werden behandeld met serum van CVS-patiënten. Ze postuleerden dat het kon liggen aan een PDH-deficiëntie.
Een studie door die keek naar het brandstof-gebruik van menselijke spieren, heeft getoond dat in rust de oxidatie van vetzuren 56% van de energie levert en koolhydraten 44%. Dit verandert lichtjes naar 55% en 46% respectievelijk bij 40% van de maximale belasting voor elk individu. Bij inspanning aan hogere intensiteit (75% van de maximale belasting) schakelt de verhouding weer om naar 24% van de geleverde energie voor vetzuur-oxidatie en 76% voor verbranding van koolhydraten. De neiging van spieren om koolhydraten in grotere mate aan te wenden tijdens inspanning gekoppeld aan het onvermogen van cellen van CVS-patiënten om glucose-oxidatie in dezelfde mate te gebruiken als gezonde controles kan, minstens gedeeltelijk, verklaren waarom CVS-patiënten lijden aan post-exertionele malaise.
De experimenten in deze studie werden ontworpen om de oxidatie en het gebruik van één per één individuele substraten te onderzoeken. Dit weerspiegelt echter niet volledig hoe de substraten in realiteit aanwezig zijn patiënten. Bv.: gezien de tekorten betreffende het vermogen van CVS-cellen om glucose als substraat aan te wenden, zouden we verwachten een verschuiving naar beta-oxidatie van vetzuren te zien om voor de deficiënties te compenseren. Deze experimenten tonen echter dat dit niet lijkt te gebeuren. Het zou kunnen zijn dat de gebreken qua CVS mitochondriale funktie te wijten zijn aan een onvermogen om te wisselen tussen substraat-oxidatie op een even doeltreffende als snelle manier als in cellen van gezonde controles.
Deze studie suggereert dat AMPK normaal funktioneert in rust aangezien de cellen in staat zijn de OXPHOS van controles te evenaren wanneer ze galactose als brandstof krijgen. Daarnaast zijn CVS skeletspier-cellen in staat zich aan te passen aan inhibitie van mitochondriaal complex-I door metformine via het overéénkomstig verhogen van de glycolyse. Dit is niet in contradictie met het werk gepubliceerd door Brown AE et al. waar werd getoond dat inspanning skeletspier-AMPK niet op gepaste manier kan aktiveren [zie Brown AE et al. (2015) hierboven]. Dit werk wijst er eerder op dat er twee afzonderlijke kwesties kunnen spelen bij de energie-produktie processen in cellen van CVS-patiënten – de aktivatie van AMPK in respons op inspanning en het vermogen van cellen om OXPHOS aan te wenden in respons op glucose als substraat in rust. Zelfs bij matig intensieve inspanning, neemt glucose ca. 50% van de gebruikte brandstof voor z’n rekening voor ATP-produktie. Dit, samen met het onvermogen van AMPK om geaktiveerd te worden bij inspanning, kan de reden zijn waarom patiënten niet in staat zijn zich op gepaste manier in te spannen – aangezien ze niet in staat zijn naar behoren energie te produceren uit glucose en AMPK de cellen niet vertelt dat er niet genoeg energie is. Deze twee factoren zullen zorgen dat spiercellen van patiënten moeten afrekenen met een depletie van ATP tijdens inspanning.
Deze studie, die gebruik maakte van skeletspier-cellen en ook verder bouwt op werk van onze groep, heeft eerder gekeken naar de cellulaire bio-energetische funktie bij CVS in PBMCs [zie Tomas C et al. (2017) hierboven]. Er zijn veel gelijkenissen tussen de twee celtypes wat betreft de manier waarop patiënten-cellen bio-energetische mechanismen aanwenden. Beide celtypes vertoonden een vergelijkbare mate van glycolyse (als we de CVS-groep als een geheel bekeken). Daarnaast hadden zowel PBMCs als skeletspier-cellen van CVS-patiënten een significant lagere mitochondriale funktie bij het gebruiken van glucose als brandstof. Er werd ook lagere ATP-produktie door mitochondrieën gezien in beide celtypes [zie Tomas C et al. (2017) & Brown AE et al. (2018) hierboven]. De gelijkaardige dysfunktie qua bio-energetische funktie voor de twee celtypes geeft aan dat CVS een multi-systeem ziekte is. Dit komt overéén met de ervaringen van patiënten met de ziekte. De PBMCs die eerder werden geanalyseerd en de skeletspier-cellen die in deze experimenten werden gebruikt, kwamen niet van dezelfde patiënten of controles. Bij het verder gaan, zal het nuttig zijn bloedstalen en spier-biopten van deelnemers af te nemen op dezelfde dag om te kijken naar de correlaties tussen PBMC en skeletspier-cel bio-energetica bij individuele patiënten. Bijkomend moeten er ook worden gekeken naar stalen die longitudinaal worden genomen.
Dit is de eerste studie waarbij cellen worden gebruikt die zijn afgeleid van skeletspier-biopten van CVS-patiënten en gezonde controles om te kijken naar de cellulaire bio-energetische funktie in complete cellen. Het gebruiken van skeletspier-cellen van patiënten is cruciaal voor de progressie van ons begrip omtrent hoe de ziekte patiënten beïnvloedt, gezien het feit dat velen lijden onder spierpijn en vermoeidheid als kern-component van hun ziekte. Dit werk illustreert het belang van skeletspier-cellen gecultiveerd uit biopten als een belangrijke toevlucht voor het onthullen van de biochemische oorzaken van de ziekte.
Besluit
CVS skeletspier-cellen vertonen een gelijkaardige dysfunktie wat betreft mitochondriale respiratie als PBMCs. Het onvermogen van CVS-cellen om glucose in dezelfde mate als brandstof te gebruiken te gebruiken als gezonde controles resulteert in verminderde mitochondriale respiratie, zowel basaal als maximaal. Het onvermogen van CVS skeletspier-cellen om galactose en vetzuren in dezelfde mate aan te wenden als gezonde controles suggereert dat de dysfunktie in de verbindingsstap tussen glycolyse en de TCA-cyclus ligt. De gelijkenissen tussen de dysfunktie die eerder werd gezien in PBMCs en deze hier beschreven in spiercellen suggereert dat CVS is een ziekte is die meerdere weefsels treft, wat weerspiegelt wat patiënten rapporteren en de symptomen die ze hebben.
Methodes
Studie-individuen
Er werden spier-biopten genomen uit de vastus lateralis [spier aan de voorzijde van het dijbeen] van 9 CVS-patiënten en 11 voor leeftijd/geslacht gematchte controles. Op de dag van de bioptie vulden de CVS-patiënten een vermoeidheid impact schaal (FIS) vragenlijst in opdat hun funktionele beperkingen omwille van vermoeidheid konden worden gemeten [≥ 40 = overmatige vermoeidheid; ≥ 80 ernstige vermoeidheid]. Leeftijd, geslacht en ‘body-mass-index’ (BMI) van de patiënten werden ook geregistreerd. […] Alle CVS-patiënten voldeden aan de Fukuda diagnostische criteria. […]
Reagentia
[…]
Cel-cultuur
Uit de spierbiopten werden spier-voorlopercellen geïsoleerd. Myoblasten [voorlopers van spiercellen] werden gecultiveerd […] en differentiatie naar myotubes [zich ontwikkelende skeletspier-vezels] geïnduceerd. […]
Extracellulaire flux analyse
Beoordeling van glycolyse en OXPHOS d.m.v. XFe96 (Agilent Technologies) [zie Tomas C et al. (2017)] […].
[…]
Detektie van reaktieve zuurstof soorten
Reaktieve zuurstof soorten (ROS) werden gemeten d.m.v. 2’,7’-dichlorofluoresceïne-diacetaat (DCFDA [fluoroscerende kleurstof die de cel binnen kan]). […]
Normalisatie naar proteïne-concentratie
[…]
Statistische analyse
[…]
Beschikbaarheid van gegevens
[…]
M.E.(cvs)-wetenschap 
Plaats een reactie