M.E.(cvs)-wetenschap

juli 10, 2015

Gen-expressie factor analyse differentieert FM, CVS & depressie

Filed under: Genetica — mewetenschap @ 11:21 am
Tags: , , , , , , , ,

Het echtpaar Light en hun medewerkers van de ‘ University of Utah’ hebben al heel wat onderzoek gericht naar gen-expressie patronen bij M.E.(cvs) (en fibromyalgie). Links naar hier reeds besproken artikels zijn terug te vinden in de tekst. Ze houden daarbij rekening met de geleverde inspanning en vergelijken hun resultaten ook bij groepen met andere aandoeningen (bv. kanker – zie ‘Piloot-studie gen-expressie bij kanker versus M.E.(cvs)’).

In onderstaande studie werd gekeken naar de effekten van de aanwezigheid van co-morbide aandoeningen (FM en depressie): er werd bepaald welke mechanismen deze aandoeningen al dan niet delen. Daartoe werd gekeken of bepaalde genen konden worden gegroepeerd in relevante biologische ‘factoren’ en of deze konden worden gelinkt aan een bepaalde diagnose.

Op basis van de resultaten besloot hun team dat gen-expressie die relevant is voor fibromyalgie, M.E.(cvs) en depressie kan ondergebracht worden in biologische ‘clusters’; en dat M.E.(cvs) en depressie geassocieerd zijn met dezelfde 2 clusters – waarbij M.E.(cvs) een verhoogde expressie vertoont terwijl depressie een verlaagd expressie-patroon voor deze genen heeft.

————————-

Arthritis Care & Research (Pre-print juni 2015)

Gene expression factor analysis to differentiate pathways linked to fibromyalgia, Chronic Fatigue Syndrome and depression in a diverse patient sample

Eli Iacob (1), Alan R. Light (2), Gary W. Donaldson (1), Akiko Okifuji (1), Ronald W. Hughen (2), Andrea T. White (3) & Kathleen C. Light (2)

1 Department of Anesthesiology Pain Research Centre, University of Utah, Salt Lake City, UT

2 Department of Anesthesiology, University of Utah, Salt Lake City, UT

3 Department of Exercise and Sport Science, University of Utah, USA, Salt Lake City, UT

Samenvatting

Doelstelling Bepalen of onafhankelijke kandidaat-genen gegroepeerd kunnen worden tot betekenisvolle biologische factoren en of deze factoren geassocieerd zijn met de diagnose van Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) en fibromyalgie (FMS) als men controleert voor co-morbide depressie, geslacht en leeftijd.

Methodes We bekeken de mRNA gen-expressie in leukocyten van 261 individuen: gezonde controles (n = 61), patiënten met enkel FMS (n = 15), enkel CVS (n = 33), co-morbide CVS & FMS (n = 79) en medicatie-resistente (n = 42) of medicatie-responsieve (n = 31) depressie. We gebruikten ‘Exploratory Factor Analysis’ (EFA) voor 34 kandidaat-genen om factor-scores te bepalen en regressie-analyse om te onderzoeken of deze factoren geassocieerd waren met specifieke diagnoses.

Resultaten EFA resulteerde in 4 onafhankelijke factoren met een minimale overlap van genen tussen de factoren, die 51% van de variantie kunnen verklaren. We labelden deze factoren op basis van funktie: 1) purinerge en cellulaire modulatoren; 2) neuronale groei en immuun-funktie; 3) nociceptie en stress-mediatoren; 4) energie en mitochondriale funktie. Regressie-analyse onthulde dat grotere expressie van factoren 1 & 3 positief geassocieerd was met CVS en negatief geassocieerd met depressie-graad (QIDS score), maar niet geassocieerd met FMS.

Besluit Expressie van kandidaat-genen kan gegroepeerd worden in betekenisvolle ‘clusters’, en CVS en depressie zijn geassocieerd met dezelfde 2 ‘clusters’ maar in omgekeerde richting – wanneer wordt gecontroleerd voor co-morbide FMS. Gezien het veel voorkomen van co-morbide ziekte en inter-relaties tussen biomerkers, zou EFA kunnen helpen om patiënten-subgroepen in deze populatie vast te leggen op basis van gen-expressie.

Inleiding

1-5 miljoen Amerikanen lijdt aan fibromyalgie-syndroom (FMS) en Chronische Vermoeidheid Syndroom/ Myalgische Encefalomyelitis (CVS). Beide aandoeningen zijn multi-symptoom syndromen met klachten zoals spier- en gewricht-pijn, vermoeidheid, slaapstoornissen en and stemming-problemen. Deze 2 syndromen komen dikwijls samen voor; bijna 70% van de individuen met FMS voldoen aan de criteria voor co-morbide CVS. Stemming-problemen komen ook samen voor met FMS en CVS: ca. 50% van de patiënten melden significante depressie.

Het is goed gedocumenteerd dat de aanwezigheid van depressie gepaard gaat met verergering van pijn, funktionele stoornissen, slechte slaap en slechte gezondheid in het algemeen. Hoewel er geen doorslaggevende oorzakelijke verbanden werden beschreven, is het zo dat patiënten met een geschiedenis van depressie later meer kans hebben op het ontwikkelen van chronische pijn en met vermoeidheid gerelateerde aandoeningen en, omgekeerd, degenen met [chronische] pijn hebben meer kans om een depressie te krijgen. Een nauw verband tussen CVS, FMS en depressie suggereert de aanwezigheid van gemeenschappelijke mechanismen die bijdragen tot deze aandoeningen. Ander bewijs suggereert echter dat FMS en CVS vergeleken met gezonde mensen perifere dysfunktie – wat betreft pijn, zenuw- en spier-vezels, immuun-merkers en mRNA gen-expressie patronen – vertonen, die niet volledig verklaard kunnen worden door depressie.

Leukocyten gen-expressie (mRNA) is een betrekkelijk niet-invasieve methode om de funktionele status van meerdere neurale en immune mechanismen gelijktijdig te bepalen in één enkel bloedstaal. Ons eerder werk gaf aan dat na matige inspanning, de ‘baseline’ gen-expressie is verhoogd bij CVS-patiënten en FMS voor één cytokine (IL-10), samen met zuur-detekterende (ASIC3), ‘transient vanilloid’ (TRPV1) en purinerge (P2RX4) ion-kanaal genen [Light AR, Bateman L, Jo D, Hughen RW, Vanhaitsma TA, White AT, et al. Gene expression alterations at baseline and following moderate exercise in patients with Chronic Fatigue Syndrome and Fibromyalgia Syndrome. J Intern Med. (2012) 271: 64-81; zie ‘Gen-expressie veranderingen na matige inspanning bij CVS & FM /// Light AR, White AT, Hughen RW, Light KC. Moderate exercise increases expression for sensory, adrenergic and immune genes in Chronic Fatigue Syndrome patients but not in normal subjects. J Pain. (2009) 10: 1099-112; zie ‘Matige Inspanning verhoogt Expressie van Sensorische, Adrenerge en Immuun Genen bij CVS]. In dieren-modellen werd aangetoond dat dezelfde ASIC3, TRPV1 en P2RX4 receptoren samenwerken, differentieel geaktiveerd worden door metabolieten aan waarden die corresponderen met deze die worden opgewekt door vermoeiende vs. pijnlijke inspanning [Light AR, Hughen RW, Zhang J, Rainier J, Liu Z, Lee J. Dorsal root ganglion neurons innervating skeletal muscle respond to physiological combinations of protons, ATP and lactate mediated by ASIC, P2X and TRPV1. J Neurophysiol. (2008) 100: 1184-201; zie ‘Spier-metaboreceptoren]. Interessant is dat meerdere van deze genen die veranderd zijn bij CVS na inspanning ge-upreguleerd bleken bij depressieve mensen. Belangrijk: de meeste studies onderzochten de expressie van elk gen individueel in plaats van als gen-groepen, en bestudeerden CVS/FMS- of depressie-groepen afzonderlijk, waarbij de effekten van co-morbiditeit op gen-expressie werden genegeerd.

Onderzoek van gen-expressie geassocieerd met FMS, CVS en depressie kan ons helpen beter te begrijpen welke mechanismen deze aandoeningen gemeenschappelijk hebben. Er zijn veel kandidaat-genen maar het onderzoeken van een groot aantal genen is analytisch uitdagend en maakt de interpretatie van de resultaten lastig. Identificatie van coherente subgroepen genen zou moeten helpen leiden tot een beter begrip van de gen-expressies die een belangrijke kunnen spelen bij deze aandoeningen. In dit artikel stellen we een alternatieve strategie voor, gebruikmakend van ‘Exploratory Factor Analysis’ (EFA) gebaseerd op de premisse dat een set kandidaat-genen gegroepeerd kan worden in een veel eenvoudiger set ‘cluster’-factoren. We kunnen dan conventionele analyse toepassen op een klein aantal ‘super-variabelen’ in plaats van op een veel grotere set individuele genen met hoge variabiliteit. Onze studie probeerde 2 research-vragen te beantwoorden: 1) Kunnen kandidaat-genen onderverdeeld worden in betekenisvolle autonome ‘clusters’ d.m.v. factor-analyse? 2) Vertonen FMS, CVS en depressie-graad unieke of overlappende verbanden met specifieke gen-expressie ‘clusters’ of factoren als met controleert voor co-morbiditeiten?

Methodes

Deelnemers

Dit is een ‘cross-sectionele’ studie [analyse van gegevens van een populatie op één specifiek tijdstip] die leukocyten mRNA gen-expressie van meerdere overéénkomende ‘case-control’ studies onderzoekt. De deelnemers […] omvatten mannen en niet-zwangere vrouwen tussen 18 & 73 jaar oud: 33 individuen met CVS (‘Centre for Disease Control’ criteria, Fukuda 1994), 15 individuen met FMS (‘American College Rheumatology’ criteria, 1990), 79 met co-morbide CVS en FMS (beide criteria), 31 met medicatie-responsieve depressie (RESP; voorafgaande diagnose door arts, symptomen onder controle met medicatie), 42 met medicatie-resistente depressie (REF; voorafgaande diagnose door arts, in een depressieve toestand en niet reagerend op medicatie) en 61 gezonde controles zonder pijn, vermoeidheid of depressie. […] Exclusie-criteria omvatten aktieve virale of bovenste-luchtwegen infekties, chronische cardiovasculaire of long-aandoeningen, of andere chronische aandoeningen zoals bloedarmoede of kanker.

Bepalingen

[…] Depressie-graad: ‘Quick Inventory of Depression Symptomatology’ (QIDS) zelf-rapportering (gevalideerde vragenlijst met 16 items). Voor de deelnemers in de REF-groep: ‘Hamilton Rating Scale of Depression’ (HRSD)-24 […].

mRNA leukocyten gen-expressie

[…]

Statistische Methodes

[…]

Factor Analyse

‘Exploratory Factor Analysis’ (EFA) laat toe te onderzoeken hoe niet-gemeten latente variabelen (factoren), patronen van correlaties – die worden gevonden in de gemeten verbanden tussen genen – weergeven. [EFA is een statistische methode om de onderliggende struktuur van een relatief grote variabelen bloot te leggen. Het doel is de onderliggende verbanden tussen gemeten variabelen te identificeren.] De Pearson correlatie [meest gebruikte correlatie-coëfficiënt] onthulde dat veel van de 34 genen significante inter-correlaties vertonen. […] De factor-score determinatie-coëfficiënt, de theoretische correlatie tussen score en factor, geeft de betrouwbaarheid en validiteit aan van de scores. Coëfficiënten groter dan 0,9 duiden op een excellente overéénkomst. [hoge ‘loading’ = grote regressie-coëfficiënt van het gen op de factor]

Lineaire Regressie

Eénmaal dat de factoren bepaald waren via de EFA, gebruikten we multi-variate lineaire regressie om te bekijken of de factoren voorspeld konden worden door demografische/diagnostische variabelen (FMS-diagnose, CVS-diagnose, QIDS depressie-graad, leeftijd en geslacht). We voerden lineaire regressie analyse uit voor het volledig staal en het staal zonder de REF-groep. […] p < 0.05 significantie-level. Er dienen strengere criteria te worden gehanteerd wanneer een bevestigende FA wordt uitgevoerd.

Resultaten

Beschrijving van het staal

[…] Personen met CVS of FMS bleken ouder en voornamelijk vrouwen. Leeftijd en geslacht werden dus behouden als and co-variabelen. […]

Resultaten van de Verkennende Factor Analyse

[…] 4 factoren bleek optimaal voor een eenvoudige struktuur; […] minstens 4 genen per factor en een minimaal aantal genen met een hoge coëfficiënt voor meerdere factoren. […] 7 genen hadden hoge (> 0,4) coëfficiënten voor 2 factoren: HSPA2, PPARA [andere naam voor NR1C1, het proteïne is een transcriptie-factor en belangrijke regulator van het lipiden-metabolisme in de lever], SULT1A1, LTA, SIRT1, TRPV1 en TLR4. Er waren 3 genen zonder significante coëfficiënt (i.e. < 0,4), voor geen enkele factor: ADR2A [adrenerge receptor], OXTR [oxytocine-receptor], SPARC [coderen voor osteonectine; een glycoproteïne in beenderen dat calcium bindt].

Biologische Groepen op basis van de Factor Analyse

Factor 1 wordt voornamelijk gekenmerkt door genen betrokken bij purinerge and cellulaire modulator mechanismen inclusief purinerge ion-kanalen P2RX4 en P2RX7 (beiden geassocieerd met neuropathische pijn) alsook cellulaire/immune modulatoren NFKB1 [het proteïne NF-κB is een transcriptie-factor die wordt geaktiveerd door cytokinen, bakteriële/viral produkten, enz.], DBI [diazepam-bindende inhibitor; gen betrokken bij energie-regulering via lipiden-metabolisme, modulering van stemming via de GABA-A receptor en transcriptie van bijnier-steroïden], TNFA & IL10. Factor 2 wordt gekenmerkt door deze genen met hoge ‘loading’: glucocorticoid receptor NR3C1 [zie ‘NR3C1 – Glucocorticoid receptor geassocieerd met CVS], neureguline (NRG)-1 [neuregulinen zijn proteïnen met diverse funkties in de ontwikkeling van het CZS], chemokine-receptor CXCR4 [‘Gen-signatuur voor Post-Infektie CVS’: “CXCR4 is significant ge-upreguleerd bij mannelijke CVS-patiënten maar dit is wellicht niet specifiek voor CVS.”], ‘amyloid precursor protein’ [APP; ge-upreguleerd in het cerebrospinaal vocht bij CVS-patiënten; zie: ‘CVS-gerelateerd proteoom in cerebrospinaal vocht] & Toll-Like receptor 4 (TLR4) [Toll-like receptoren’ = op het oppervlak van leukocyten voorkomende receptoren], die allemaal een rol hebben bij neuronale groei en immuun-funktie. Factor 2 deelt deze genen met hoge ‘loading’: SULT1A1 [coderend voor een enzyme betrokken bij de verwerking van hormonen, neurotransmitters, enz.], LTA [gen coderend voor lymfotoxine-α of Tumor Necrose Factor-β], SIRT1 [betrokken bij mitochondriale biogenese] & TLR4 met Factor 3, en HSPA2 [coderend voor ‘Heatshock-related’ 70 kDa proteïne-2] met Factor 4. Factor 3 wordt voornamelijk gekenmerkt door het ASIC3-TRPV1 complex [zie eerdere artikels Light et al.], de NR3C2 mineralocorticoid receptor en cytokinen LTA & IL6, en daarom klassificeerden we deze set bij nociceptie en stress-mediatoren. Factor 4 wordt gekenmerkt door een hoge ‘loading’ voor genen die belangrijk zijn voor mitochondriale funktie (HSPA2, NDUFS5, ATP5E & COX5B), en de purinerge receptoren P2RY1 & P2RY2 die reageren op metabolieten die worden gegenereerd door de mitochondriale machinerie en dus voorlopig geklassificeerd als behorende tot energie en mitochondriale funktie.

Verband tussen factoren en diagnostische kenmerken (lineaire regressie [β-coëfficiënten])

[…] De factor-score coëfficiënten waren allemaal hoger dan 0,95 – wat wijst op een uitstekende betrouwbaarheid en validiteit […].

[…]

Voor het volledig staal vonden dat Factor 1 een significante positief verband met CVS (β-coëfficiënt = 0.34, p = 0.03), leeftijd (β = 0.16, p < 0.01) en geslacht (β = 0.57, p < 0.01). vertoonde Zonder de REF-groep werden gelijkaardige of sterkere associaties gevonden voor CVS, leeftijd en geslacht met een negatief verband met QIDS [depressie-graad] (β = -0.23, p = 0.05). Factor 2 had enkel een negatieve associatie voor leeftijd (β= -0.20, p < 0.01) […]. Factor 3 vertoonde een negatief verband voor leeftijd (β = -0.27, p < 0.01). Zonder de REF-groep was er ook een positieve associatie voor CVS (β = 0.39, p = 0.02), negatieve associatie met QIDS (β = -0.27, p = 0.02) en negatief verband met leeftijd. Factor 4 vertoonde een negatieve associatie voor depressie-graad (β = -0.16, p = 0.01). Deze relatie verdween als de REF-groep werd weggelaten. […].

Anders dan wat verwacht werd, was FMS niet significant geassocieerd met om het even welke factor; noch voor het volledig staal, noch wanneer de REF-groep werd weggelaten.

Bespreking

Het is goed gedocumenteerd dat FMS en CVS dikwijls samen voorkomen, en co-morbide depressie is courant bij beide. Jammer genoeg heeft het wetenschappelijke onderzoek – ondanks de goed gedocumenteerde heterogeniteit onder de patiënten binnen deze ziekten – vertrouwd op eenvoudige groep-vergelijkingen tussen patiënten en gezonde controles waarbij co-morbiditeiten werden genegeerd. Gezien de schaarste aan studies die biologische factoren geassocieerd met co-morbiditeiten en patiënten-heterogeniteit identificeren, is het overwegen van deze factoren kritisch voor de vooruitgang van onze kennis over de pathofysiologie van deze aandoeningen.

De mRNA gen-expressie gerelateerd met FMS, CVS en depressie is complex. Deze aandoeningen zouden kunnen worden bestendigd door de expressie van een zeer grote aantallen genen, die bijna zeker interageren via ingewikkelde patronen die de diverse fenotypische co-morbiditeiten opleveren. De conventionele kandidaat-gen benadering beschouwt dergelijke genen als grotendeels onafhankelijk en in staat om individueel te moduleren. Zelfs met het betrekkelijk klein aantal van 34 kandidaat-genen, is totale onafhankelijkheid echter biologisch onaannemelijk en statistisch onmogelijk. De voornaamste doelstelling van deze verkennende studie was om een alternatieve strategie voor te stellen om te bekijken of kandidaat-genen van bloed-leukocyten gegroepeerd zouden kunnen worden in betekenisvolle biologische ‘clusters’ in een gemengde populatie van FMS, CVS, depressie en gezonde controles. De tweede doelstelling was om te zien of de factoren zouden samenlopen met diagnostische variabelen in deze populatie.

Er werd een gen-panel van 34 genen gebruikt dat elementen vertegenwoordigt van biologische mechanismen die eerder betrokken bleken bij pijn, vermoeidheid en depressie: ion-kanalen, mitochondriale funktie, immuniteit/inflammatie, monoamine receptoren [membraan-receptoren die bij stimulatie een cascade intracellulaire gebeurtenissen initiëren die cellulaire biochemische reakties begeleiden], transcriptie-factoren en cellulaire signalisering modulatoren. Door middel van EFA identificeerden we 4 onafhankelijke factoren die 51% variantie voor hun rekening nemen en we hebben deze geklassificeerd op basis van de belangrijkste van elke groep: Factor 1 (purinerge en immune modulatoren), Factor 2 (neuronale groei en immuun-funktie), Factor 3 (nociceptie en stress-mediatoren) & Factor 4 (energie en mitochondriale funktie). Het is niet verrassend dat genen van één familie, bv. deze coderend voor IL-10, IL-6, TNF-α en LTA, bij verschillende factoren opduiken. Dit houdt éénvoudigweg verband met het feit dat binnen de grotere klasse van immuun-merkers, bepaalde subsets gecorreleerd zijn met genen van andere families. We onderzochten dan of deze factor-scores geassocieerd waren met diagnostische variabelen van FMS & CVS, alsook depressie-graad. Daarom hebben we bij effektief analyses uitgevoerd op de 4 gen-expressie super-variabelen i.p.v. de 34 genen, wat het dus minder onderhevig aan toeval maakt. Op dit moment begrijpen we deze groeperingen dan misschien wel niet volledig en kunnen we enkel speculeren wat betreft hun mogelijke relaties en biologische betekenis. Hieronder bespreken we kort de biologische rationale voor elke factor en hoe deze factor geassocieerd kan zijn met klinische variabelen van onze regressie-resultaten.

Factor 1: purinerge en cellulaire immuun-modulatoren

De eerste factor wordt gekenmerkt door de purinerge ion-kanalen P2RX4 en P2RX7, en meerdere cellulaire/immune modulatoren inclusief TNFA, NFKB1, DBI en IL10. De P2-ligand kanalen worden geopend door ATP […]. Ze komen tot expressie in vele cel-types inclusief immune, microglia en gliale cellen, en spelen rollen in immuniteit- en inflammatie-mechanismen. Overzicht-artikels beschrijven de vele funktionele rollen die deze receptoren zouden kunnen spelen bij stemming-aandoeningen en pijn in dieren en mensen. Onder hun signalisering-doelwitten [genen] bevinden zich de transcriptie-factor NFKB1 en deze coderend voor cytokinen zoals TNF-α en IL-10. Deze bleken allemaal betrokken bij FMS, CVS en depressie. Onze resultaten suggereren een associatie tussen CVS en deze factor wanneer wordt gecontroleerd voor FMS en depressie-graad. Depressie-graad vertoonde een negatieve associatie in de kleinere groep zonder de medicatie-resistente depressie (REF) patiënten. Onze eerdere research aangaande gen-expressie na inspanning toonde geen verschillen voor CVS bij ‘baseline’. De huidige resultaten suggereren dat deze super-variabelen bijzonder belangrijk kunnen zijn voor CVS. Dit kan ook een argument zijn voor het feit dat CVS te differentiëren is van depressie, hoewel ze beide dysfunktionele kunnen vertonen; omdat hogere expressie gelinkt was met de aanwezigheid van CVS maar ook met een lagere depressie-graad. Bovendien: aangezien meerdere studies hebben aangetoond dat inspanning geassocieerd is met abnormale veranderingen in inflammatoire mechanismen, zou toekomstige research factor-scores moeten onderzoeken vóór en na inspanning [Nijs J et al. Altered immune-response to exercise in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis: a systematic literature review. Exercise immunology review (2014) 20: 94-116].

Factor 2: neuronale groei en immuun-funktie

Factor 2 heeft positieve ‘loading’ voor genen die betrokken zijn bij neuronale groei en immuun-funktie. Vergeleken met Factor 1 – met immune cellulaire modulatoren zoals IL10 en NFKB1 – hebben de genen in deze groep rollen bij het controleren van deze modulatoren daardoor immuun-cel groei en funktie. In beide modellen met en zonder de REF-groep was er geen associatie tussen Factor 2 en CVS of FMS. Aangezien groeifactoren gewijzigd kunnen zijn na een aanval of uitdaging, zouden ‘baseline’ waarden geen verschillen kunnen vertonen, wat de nood aan meerdere metingen op verschillende tijdstippen beklemtoont.

Factor 3: nociceptie en stress-mediatoren

Factor 3 wordt gekenmerkt door positieve ‘loading’ voor het ion-kanaal receptor complex TRPV1-ASIC3 en de mineralocorticoïde receptor (MR) NR3C2. Zoals eerder beschreven, hebben deze receptoren belangrijke rollen bij de sensatie van pijn, inflammatie en vermoeidheid [Pollak KA et al. Exogenously applied muscle metabolites synergistically evoke sensations of muscle fatigue and pain in human subjects. Experimental physiology. 2014;99(2):368-80; ook het echtpaar Light werkte mee aan deze studie. Hier wordt gesuggereerd dat de combinatie van een ASIC-receptor en een P2X receptor vereist is voor het signaliseren van vermoeidheid en pijn.], en zijn ze geassocieerd met verergering van post-exertionele pijn en vermoeidheid bij CVS-patiënten. Ze kunnen ook een rol spelen bij depressie en angst. Het blokkeren van de MR kan pijn doen dalen in dieren-modellen en betrokken zijn bij pijn bij diabete neuropathie. Factor 3 heeft ook ‘loadings’ voor LTA en IL-6, inflammatoire cytokinen waarvan is geweten dat ze interageren met de TRPV1-, ASIC3- en MR-receptoren. Regressie-analyse suggereert dat de diagnose van CVS positief is geassocieerd met deze factor: er is een positieve trend in het volledig staal en een significant verband wanneer individuen met ernstige behandeling-resistente depressie niet worden uitgesloten. Verder is de QIDS-score negatief geassocieerd met deze factor maar slechts wanneer de REF-groep wordt uitgesloten. Gezien de rol voor deze receptoren bij pijn, vermoeidheid en depressie, suggereren deze resultaten dat CVS-patiënten dysfunktie in dit mechanisme (verhoogde expressie) vertonen en net zoals met de genen van Factor 1, is depressie gelinkt met een tegengestelde dysfunktie dan CVS in hetzelfde mechanisme (verminderde expressie).

Factor 4: energie en mitochondriale funktie

Factor 4 wordt gekenmerkt door genen betrokken bij energie en mitochondriale funktie. Deze verzameling genen was van groot belang gezien hun betrokkenheid bij spier-funktie en vermoeibaarheid bij FMS en CVS [Castro-Marrero J, Cordero MD, Saez-Francas N, Jimenez-Gutierrez C, Aguilar-Montilla FJ, Aliste L et al. Could mitochondrial dysfunction be a differentiating marker between Chronic Fatigue Syndrome and fibromyalgia? Antioxidants & redox signaling. (2013) 19: 1855-60; zie ‘Mitochondriale dysfunktie – Differentiërende merker tussen CVS & FM?]. Studies hebben ook mitochondriale funktie gen-expressie onderzocht bij stemming-aandoeningen. Ondanks zijn mogelijk belang, bleek uit onze regressie-modellen dat Factor 4 ongerelateerd was met de diagnose van FMS of CVS, en enkel geassocieerd was met depressie als patiënten met ernstige behandeling-resistente depressie werden opgenomen. Eerder dan te besluiten dat deze factor niet ontregeld is bij CVS of FMS, suggereren we in plaats daarvan echter dat toekomstige studies expressie-wijzigingen moeten onderzoeken na een energie-verbruikende uitdaging zoals aanhoudende inspanning.

GLOBAAL ondersteunen de resultaten van de Factor Analyse het gebruik van EFA ter aflijning van een kleinere set super-variabelen gebruikmakend van gen-gen inter-correlaties van een groot aantal individuele genen. De huidige set kandidaat-genen werd gekozen op basis van eerdere literatuur die de betrokkenheid bij de aandoeningen documenteerde. […] De huidige regressie-resultaten suggereren eigenlijk dat ten minste bij ‘baseline’ de gen-expressie gerelateerd was met CVS en depressie-graad bij Factor 1 & 3, zonder verband met FMS voor enige factor. Daarom is het mogelijk dat deze genen meer verband houden met vermoeidheid dan met FMS-pijn, wat wordt ondersteund door sterkere wijzigingen na inspanning bij de CVS- maar niet de FMS-populatie. Toekomstige studies zouden de inclusie van andere interessante genen […] moeten overwegen. Bovendien: hoewel deze studie focuste op FMS-pijn en CVS-vermoeidheid, kunnen deze individuen ook pijn van andere oorsprong hebben. Het is mogelijk en waarschijnlijk dat gen-expressie factoren verschillend zullen zijn bij andere pijn-aandoeningen (artritis, lage-rug pijn, neuropathische pijn en kanker-pijn).

Onze studie omvatte het ganse spectrum: gezonde mensen, mensen met enkel depressie, met enkel FMS/CVS en co-morbide groepen. Dit is tegengesteld aan andere eerdere studies die deze aandoeningen vergeleken met niet-depressieve, niet-gemediceerde gezonde controles. Vergelijkingen tussen patiënten met chronische pijn/stemming-aandoeningen en gezonde controles zijn moeilijk te begrijpen omwille van de meerdere verstorende factoren. Het wegwerken van al die potentiële verstorende factoren is een moeilijke taak; toekomstige bevestigende analyse zou echter andere factoren die evenzeer belangrijk zijn (levensstijl, fitheid, obesitas, slaap-kwaliteit/kwantiteit en -aandoeningen, en medicatie) moeten opnemen; deze dragen allemaal bij tot de ernst van de ziekte en mogelijke wijzigingen qua gen-expressie.

Er zijn meerdere opmerkenswaardige beperkingen bij deze studie. Ten eerste: de data-set is ‘cross-sectioneel’ en vertegenwoordigt slechts één tijdstip. Er is research die suggereert dat individuen met CVS hun biologische verschillen in vergelijking met controles vertonen na een experimentele belasting. Daarom is het niet verrassend dat individuen minder verschillen vertonen (FMS, CVS en depressie t.o.v. controles) bij ‘baseline’. Het is kritisch dat toekomstige studies deze factoren onderzoeken na een experimentele belasting of behandeling (waarvan is geweten dat ze de symptomen verbetert). Ten tweede: deze studie startte met de focus op sterke co-morbiditeit van CVS en FMS met depressie. Deze aandoeningen komen echter ook vaker voor samen met o.a. prikkelbare darm, rusteloze benen syndroom en temporomandibulair gewricht aandoeningen disorders. Deze co-morbiditeiten dragen bij tot ziekte-heterogeniteit en kunnen zorgen voor een verdoezeling van de mogelijke verbanden van gen-expressie met FMS of CVS. Ten derde: we hebben er voor gekozen de factoren te benoemen op basis van kenmerken van de genen met de hoogste ‘loading’. Deze indeling omvat echter de diverse funkties van alle opgenomen genen niet. Toekomstige studies die de kandidaat-genen verder bekijken en een bevestigende factor-analyse, zouden hun voordeel halen uit het gebruik van gen-ontologie [gestandardiseerde weergave van de eigenschappen van genen en gen-produkten] instrumenten om overéénkomende genen verdere te onderzoeken.

De doelstelling van deze studie was om ‘clusters’ van genen te identificeren die funktionele autonomie vertoonden (sterke correlaties binnen ‘clusters’ maar zwakke correlaties tussen ‘clusters’). Het is een ganse uitdaging om deze verkennende doelstelling standvastig in een bevestigende setting te vatten. […] We kunnen niet beweren dat de geïdentificeerde ‘clusters’ ondubbelzinnig nauwkeurig zijn, enkel dat ze een aanvaardbare benadering bieden voor de correlaties tussen de 34 genen die in deze studie werden onderzocht.

Besluit

De resultaten van deze ‘Exploratory Factor Analysis’ studie ondersteunen de notie dat gen-expressie relevant voor FMS, CVS en depressie kan worden gegroepeerd in biologische coherente en betekenisvolle categorieën. Omdat de indelingen gebaseerd zijn op gen-gen-correlaties en genen combineren die zich in meerdere overlappende mechanismen bevinden, zouden toekomstige research-studies verder de aard van de verbanden moeten onderzoeken d.m.v. bevestigende factor-analyse van longitudinale gegevens. We onderzochten ook of gen-factoren, in plaats van individuele genen, zouden kunnen samengaan met specifieke symptomen. Preliminaire verkennende resultaten suggereren dat CVS en depressie-graad, maar niet FMS, geassocieerd zijn met de factor-scores wanneer wordt gecontroleerd voor leeftijd, geslacht en co-morbide symptomen, maar dat CVS gelinkt is met verhoogde expressie terwijl depressie gelinkt is met gedaalde expressie van de geclusterde genen. Met het vorderen van het wetenschappelijk onderzoek en beter begrijpen van deze complexe aandoeningen, is het belangrijk om heterogene populaties en hoe co-morbide aandoeningen de fysiologie kunnen moduleren, beter te leren begrijpen. Gezien het feit dat klinische interventies voor CVS en FMS dikwijls multi-modale behandelingen vereisen, zouden research-studies deze populaties ook moeten behandelen als zijnde een combinatie van ziekten en symptomen i.p.v. enkelvoudige klassificaties.

juni 27, 2015

Computer-model voor inspanning-intolerantie bij M.E.(cvs)

Filed under: Celbiologie — mewetenschap @ 7:26 am
Tags: , , , , , , ,

Onderstaande studie is géén onderzoek in vitro (in proefbuizen of petrischalen, in een lab) of in vivo (bij mensen, in een kliniek) maar ‘in silico’: via computer-simulatie. Een goed gekend metabool model dat verklaart wat er gebeurt met de mitochondrieën in skelet-spieren tijdens inspanning werd met enkele processen – accumulatie van lactaat en afbraak van purinen (met purinen – adenine (A) of guanine (G) – wordt hier bedoeld: één van de 2 types nucleotiden, stikstof-basen waaruit nucleïnezuren zijn opgebouwd) uitgebreid, omwille van bevindingen over verminderde ATP-aanmaak en piek zuurstofopname bij M.E.(cvs) die duiden op problemen met aërobe energie-produktie. Een gedaalde anaërobe drempel (overgang van aëroob naar anaëroob metabolisme; waar lactaat begint te accumuleren en aanleiding geeft tot verzuring van de spieren), verhoogde verzuring en het feit dat meer tijd nodig is om de zuurtegraad te herstellen, suggereert dat de anaërobe cel-ademhaling (minder efficiënte manier om energie te produceren) probeert te compenseren voor een gebrekkige aërobe cel-ademhaling.

De onderzoekers keken op basis van het model naar (enzyme-)reakties in de mitochondrieën bij ernstige M.E.(cvs) – waarbij de mitochondriale capaciteit fel was gereduceerd – en gezonde controles. Dan onderzochten ze wat er gebeurt bij 3 soorten inspanning: 30 seconden of intensieve inspanning, één uur milde inspanning en één uur milde inspanning verspreid over 2 dagen. Dan keken ze of de modellen overéénkomen met wat studies suggereren wat er gebeurt bij M.E.(cvs). Het kwam overéén. De simulaties geven aan dat bij M.E.(cvs) de ATP- concentraties kritisch lage waarden bereiken tijdens intensieve inspanning en dat de verzuring van de spieren verhoogt.

Meerdere studies geven aan dat de aanmaak van ATP ca. 65% is bij M.E.(cvs). Dit model suggereert dat gereduceerde mitochondriale capaciteit dit probleem kan veroorzaken, alsook de verhoogde acidose (abnormale verzuring; zie ‘Geen herstel van acidose na herhaalde inspanning bij CVS’) en lactaat-accumulatie. (Het eerste is problematisch, lactaat niet direct want dat wordt aangemaakt om de cel te beschermen tegen verzuring.).

Gezonde mensen kunnen de hoeveelheid ATP tijdens inspanning bewaren zodat hun mitochondrieën beschermd blijven. Het model geeft echter aan dat het minimum ATP bij inspanning door M.E.(cvs)-patiënten, significant lager is en wellicht zelfs tot cel-dood kan leiden. Deze bevinding wordt ondersteund door een studie van Sarah Myhill, die verhoogde waarden voor cel-vrij DNA vond. Wanneer de mitochondriale capaciteit van een cel uitgeput raakt (de vraag naar ATP overtreft de toevoer), spreekt de cel zijn reserves aan. De omzetting van 2 ADP-molekulen naar 1 ATP en 1 AMP, levert een beetje energie (ATP) op maar: het vermindert de totale adenine-voorraad in de cel (ATP & ADP). Het model geeft aan dat de gezonde controles inspanning konden leveren zonder purine-verlies terwijl personen met dysfunktie van de mitochondrieën significant purine-nucleotiden verloren.

Het model suggereert dat de verhoogde acidose bij M.E.(cvs) zorgt voor accumulatie van lactaat en verhoging van lactaat-efflux uit de cel. In het echt zou het nog erger kunnen zijn. De acidose en lactaat-accumulatie die worden gevonden bij M.E.(cvs)-studies liggen significant hoger dan bij het model.

De verminderde adenine-voorraad betekent dat spiercellen na inspanning meer tijd zullen nodig hebben om naar normale waarden terug te keren. Het model voorspelde dat 3 tot 5 maal langer zou duren tot dat de ATP-waarden in de spieren van M.E.(cvs)-patiënten weer normaal zouden zijn na inspanning. Het model voorspelde ook dat ze makkelijker van heel korte, intense inspanningen zouden herstellen. Een bijkomende inspanning vóór herstel zou dit herstel substantieel verlengen. ATP-uitputting is dus een mogelijke reden voor de post-exertionele malaise en het zou kunnen verklaren waarom een bijkomende fiets-test een dag na een eerste veel slechtere resultaten geeft. Daarnaast komen nog de mogelijke gevolgen van verhoogde cel-dood bij inspanning, ontregeling van het sympathisch zenuwstelsel en het immuunsysteem (niet opgenomen in het model).

Het blijft een (theoretisch) model maar het geeft toch aan dat mitochondrieën een belangrijke rol spelen bij M.E.(cvs).

————————-

Biophysical Chemistry 202: 21-31 [Pre-print april 2015]

In silico analysis of exercise intolerance in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Lengert N, Drossel B

‘Institute for Condensed Matter Physics’, Technische Universiteit Darmstadt, Duitsland

Samenvatting

Post-exertionele malaise wordt courant vastgesteld bij patiënten met Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom maar het mechanisme wordt nog niet goed begrepen. Een verminderde capaciteit voor mitochondriale ATP-synthese is geassocieerd met de pathogenese van CVS en wordt verondersteld een belangrijke bijdrage te bieden aan de inspanning-intolerantie van CVS-patiënten. Om het verband tussen een verminderde mitochondriale capaciteit en inspanning-intolerantie aan te tonen, presenteren we een model dat de dynamiek van metabolieten in skelet-spieren tijdens inspanning en herstel simuleert. CVS-simulaties bewijzen kritiek lage ATP-waarden, waarbij een verhoogde mate aan cel-dood zou worden verwacht. Om de energie-aanvoer te stabiliseren bij lage ATP-concentraties is de totale adenine-nucleotide voorraad substantieel gereduceerd, wat een langere herstel-tijd veroorzaakt – zelfs zonder andere factoren, zoals immunologische ontregelingen en oxidatieve stress, in overweging te nemen. Herhaalde inspanningen verergeren deze situatie aanzienlijk. Verder bewijzen CVS-simulaties een verhoogde acidose en lactaat-accumulatie die consistent is met experimentele observaties.

1. Inleiding

Myalgische Encefalomyelitis, ook Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) genoemd, wordt gekenmerkt door een persistente uitputtende vermoeidheid en een waaier andere symptomen met een nog niet geïdentificeerde pathogenese. Aangezien er geen eenvoudige en ondubbelzinnige diagnostische testen bestaan en CVS-patiënten er dikwijls niet ziek uitzien, werd het meestal als een psychosociale aandoening behandeld. Maar publicaties hebben herhaaldelijk aangetoond dat er bewijs is voor lichamelijke abnormaliteiten die een complexe organische dysfunktie aangeven. Cognitieve gedrag-therapie graduele inspanning, die dikwijls worden aangewend om depressie te behandelen, bleken ondoeltreffend of zelfs schadelijk voor or CVS-patiënten. Verergering van de symptomen, zelfs na minimale inspanning, is een courant kenmerkpost-exertionele malaise (PEM) genaamd – bij CVS-patiënten, en omvat verhoogde vermoeidheid, spierpijn, hoofdpijn, misselijkheid en fysieke zwakte. Post-exertionele malaise bleek gelinkt met een verhoogde oxidatieve stress en met immunologische en adrenerge ontregelingen [zie referenties bij de bespreking] die voortduurden tot 48 h na inspanning. Oxidatieve stress wordt niet enkel geïnduceerd na inspanning maar er werd aangetoond dat deze ook aanwezig in rust en geassocieerd is met CVS-symptomen.

Zelfs al wordt PEM enkel als een optioneel symptoom beschouwd bij de Fukuda et al. criteria voor CVS, werd het als een vereiste opgenomen bij latere CVS-definities. De her-definitie door het ‘Institute of Medicine’ van de ‘National Academies’ ziet PEM als het tweede meest essentieel symptoom […].

Om de courant geobserveerde inspanning-intolerantie bij CVS-patiënten verder te onderzoeken, werden studies aangaande de prestaties tijdens inspanning uitgevoerd: deze rapporteerden dat de maximale piek arbeid, piek O2-opname en de aërobe ATP-synthese significant lager waren bij CVS-patiënten vergeleken met controles [zie ookMetabole veranderingen in spieren en hersenen bij CVS’, ‘M.E.(cvs) als Mitochondriale Ziekte’ & ‘CVS & de regulering van het energie-metabolisme]. In andere studies was er geen duidelijk onderscheid tussen de groepen tijdens de inspanning-test. Een tweede test, herhaald na 24 uur, resulteerde echter in een doorslaggevende differentiatie [lees het werk door Van Ness JM et al. op deze pagina’s; o.a. ‘Dubbele fietstest], consistent met de verslechtering van de medische toestand door post-exertionele malaise. Verder werd een verhoogde verzuring, verminderde anaërobe drempel en verlengd pH-herstel gerapporteerd [zie ook ‘Verder onderzoek van mitochondriale funktie in spieren bij M.E.(cvs)], wat een compenserende upregulering van anaërobe ATP-synthese suggereert.

De gedaalde aërobe ATP-synthese geeft een deficiëntie van de mitochondriale oxidatieve fosforylatie [zorgt voor ATP, bron van cellulaire energie] aan, die gerelateerd zou kunnen zijn met observaties van ongewone mitochondriale DNA-deleties bij CVS-patiënten [Zhang C et al. Unusual pattern of mitochondrial DNA deletions in skeletal muscle of an adult human with Chronic Fatigue Syndrome. Hum. Mol. Genet. (1995) 4: 751-754]. Er is ook preliminair bewijs voor veranderingen in gen-transcripten die de mitochondriale funkties aantasten na Epstein-Barr virus infektie [Vernon SD, Whistler T, Cameron, B, Hickie IB, Reeves WC, Lloyd A: Preliminary evidence of mitochondrial dysfunction associated with post-infective fatigue after acute infection with Epstein Barr Virus. BMC Infect Dis (2006) 6: 15], wat geassocieerd is met de pathogenese van CVS, hoewel er geen doorslaggevend bewijs is voor de identificatie van één enkel virus als trigger voor CVS. Niettemin beklemtoont de rapportering van de aanvang van CVS na een virale infektie, de rol van ontregelde immunologische responsen op virussen bij de pathogenese van CVS.

[…]

Om de effekten van een verminderde mitochondriale capaciteit op de inspanning-respons aan te tonen en de herstel-tijd bij CVS-patiënten te voorspellen, presenteren we een model om de metaboliet-concentraties tijdens hoge-intensiteit inspanning te simuleren. Het model is gebaseerd op een bestaand model voor oxidatieve fosforylatie en glycolyse in skelet-spieren. Er werd aangetoond dat het oorspronkelijk model een gelijkaardig kwalitatief verloop vertoont als experimentele observaties. Bovendien bleken andere hierop gebaseerde modellen consistent met experimentele gegevens […]. Maar nog geen enkel model werd getest tegenover literatuur-gegevens van meerdere onafhankelijke metingen na hoge-intensiteit inspanning. Bovendien werden de afbraak en het daaropvolgend verlies van purine-nucleotiden niet eerder overwogen, daarom kunnen de vermelde modellen de verhoogde vermoeidheid en verlengde herstel-tijd na onderbroken trainingen of hoge-intensiteit inspanning niet verklaren.

Door het origineel model uit te breiden, nemen we ook de lactaat-accumulatie, een meer gedetailleerde omschrijving van acidose en de purine-nucleotide afbraak tijdens inspanning en de synthese tijdens herstel op. Zodoende waren we in staat onderzoek te verrichten naar de mechanismen die de inspanning-respons beïnvloeden en te tonen dat de herstel-duur verlengd is bij CVS-patiënten, bijzonderlijk bij scenario’s met herhaalde inspanning. Daarenboven demonstreren voorspellingen door het model aan hoe een gereduceerde mitochondriale capaciteit alleen, zonder overweging van andere pathologische factoren, volstaat om sommige van de belangrijkste symptomen van PEM veroorzaakt door lage ATP-waarden tijdens herstel, daaropvolgende sterkere apoptose en verhoogde verzuring van spier-weefsel na inspanning, te verklaren.

2. Methodes

Uitbreiding van een model voor oxidatieve fosforylatie en glycolyse d.m.v. computer-simulaties […]. Het model beslaat 2 compartimenten: het cytosol [intra-cellulaire vloeistof] en de mitochondriale matrix, afgescheiden door het binnenste mitochondriaal membraan met specifieke enzymen […]. Het buitenste mitochondriaal membraan en de ruimte tussen de membranen werd niet opgenomen. […]

[We laten de mathematische achtergrond van het model hier voor de specialisten.]

2.1. Intra-mitochondriale reakties

2.2. Extra-mitochondriale reakties

2.3. Een gedetailleerde simulatie van de pH kinetiek

2.4. ATP-consumptie tijdesn inspanning en parallele aktivatie

2.5. Model voor CVS tijdens inspanning

[…] Om de inspanning-respons bij CVS met die van gezonde controles te vergelijken, voerden we simulaties uit waarbij de reaktie-snelheden gerelateerd met oxidatieve fosforylatie waren gedaald door vermenigvuldiging met een factor tussen 0,6 en 1,0 – waarbij 1,0 correspondeert met gezonde controles en 0,6 met een zeer ernstige deficiëntie.

3. Resultaten

[…]

3.1. Herstel-tijden voor verscheidene inspanning-scenario’s

[…] 3 soorten inspanning: 30 sec intensief, 1 uur matig & 2 matige inspanningen van een uur met een interval van 24h. […] Het herstel van ATP naar de waarden bij rust was bij CVS met een mitochondriale capaciteit van 70% van de gezonde groep aanzienlijk langer. Ons model voorspelt dat een lange milde inspanning leidt tot een herstel van 49h (17h langer dan bij een korte intensieve inspanning bij CVS). Voor controles is dit omgekeerd: het herstel is 10,3h na een korte intensieve inspanning en 4,5h na 1 uur milde inspanning; zij bereiken de lage ATP-concentraties waar verlies van purine-nucleotiden onvermijdelijk is, bij matige inspanning niet. Het zeer lage ATP-minimum bij CVS (onder 50% van de waarde in rust) zou waarschijnlijk leiden tot cel-schade en er voor zorgen dat de CVS-patiënten de kracht in het 30 sec scenario niet zouden kunnen volhouden. De simulatie van herhaalde inspanning toont dat als er geen lange herstel-periode in acht wordt genomen, dit leidt tot cumulatieve effekten waarbij de PEM-symptomen worden versterkt.

3.2. Vergelijking van de simulaties voor gezonde individuen met experimentele gegevens

[…]. Er is een goede overéénkomst tussen experimenteel vastgestelde metaboliet-concentraties (30 sec); de bredere variatie is waarschijnlijk te wijten aan een verschillende lichaamsbouw en inspanning-intensiteit. […] De ATP-concentratie daalt en de concentraties van ADP, AMP stijgen continu tijdens inspanning omdat de totale ATP-synthese het ATP-verbruik niet volledig kan bijbenen. […] De sterke anaërobe glycolyse leidt tot een dalende pH tijdens inspanning. […] De verzuring na inspanning en de herstel-tijd (ca. 6 min tot pH 6,9) komen goed overéén met de metingen. […]

3.3. Dynamiek van het herstel na inspanning

[…] Wanneer, bij inspanning, de vraag naar ATP de toevoer overstijgt, zet het enzyme adenylaat-kinase 2 molekulen ADP om naar 1 ATP en AMP, waardoor de ATP/ADP ratio stabiel blijft. […]. Er wordt 1 H+ geabsorbeerd waardoor de verzuring wordt tegengegaan maar de afbraak-produkten inosine, hypoxanthine en ten slotte urinzeuur stijgen. Dit tijdelijk voordeel – essentieel voor overleving – reduceert echter de adenine-nucleotide voorraad; het herstel daarvan kan uren of dagen vergen (72h bij atleten). Bij het origineel model (Korzeniewski et al.), gaat het herstel sneller omdat de purine-nucleotide afbraak niet wordt meegenomen […] . Ons uitgebreid model neemt het purine-nucleotide verlies wel in overweging (9% van de ATP-concentratie in rust bij gezonde controles […]). Na 10h is de ATP-concentratie hersteld tot 97% van de waarden in rust (synthese van 0,6% van de totale adenine-nucleotide voorraad per uur). De experimenteel geobserveerde synthese ligt tussen 0,3 en 1,0% per uur.

3.4. Inspanning-respons en traag herstel bij CVS

We voerden simulaties uit met verschillende ernst qua CVS door het verminderen van de snelheid van de mitochondriale reakties tot 60% van de controle-waarde (op basis van experimentele observaties). […] De gereduceerde capaciteit qua aërobe ATP-synthese leidt tot een veel lagere minimum ATP-concentratie tijdens inspanning. […] Eén van de redenen voor een verminder kracht-output is de gedaalde ATP/ADP-ratio, die leidt tot een minder doeltreffende omzetting van ATP naar ADP. […] Het stabiliseren van de ATP/ADP-ratio heeft het nadelige effekt dat dit een aanzienlijk hogere AMP-concentratie oplevert bij CVS-simulaties vergeleken met controles. Deze veroorzaakt dan een verhoogd verlies qua purine-nucleotiden, wat leidt tot een lager ATP hoger ADP & AMP na inspanning. Een feedback-inhibitie van belangrijke of enzymen veroorzaakt een langere herstel-tijd van de totale adenine-nucleotide voorraad. Er is 31,9h rust nodig om de the ATP-concentratie terug te brengen tot 97% van de waarde in rust (CVS-factor 0,7) en tot 45h is voor nog ernstiger CVS. […] Dit mechanisme zou één van de redenen kunnen zijn voor post-exertionele malaise (houdt typisch enkele dagen aan na inspanning die verder gaat dan de energie-grenzen) bij CVS. Het vertraagd herstel werd ook geobserveerd bij CVS-patiënten via meting van de kracht geleverd via maximum vrijwillige contracties: er waren significante verschillen met de initiële kracht tot 24h na inspanning [Behan WM et al. Demonstration of delayed recovery from fatiguing exercise in Chronic Fatigue Syndrome. Eur. J. Neurol. (1999) 6: 63-69].

3.5. Acidose tijdens inspanning

De CVS-simulaties geven verhoogde acidose tijdens inspanning aan: maximaal pH-verschil t.o.v controles = 0,056 en een lichtjes langer pH-herstel; wat samenvalt met de experimentele observaties [bv. Arnold D et al. Excessive intracellular acidosis of skeletal muscle on exercise in a patient with a post-viral exhaustion/fatigue syndrome: a 31P nuclear magnetic resonance study. Lancet (1984) 323: 1367-1369]. Ten gevolge de lagere pH waren de accumulatie van lactaat en de lactaat-efflux tijdens herstel verhoogd tot respectievelijk 15% en 20% t.o.v. controles. […]. Het verband tussen geaccumuleerd lactaat en de pH bleek ongeveer lineair tijdens herstel na inspanning [in experimenten]. Ons model reproduceert deze gepubliceerde lineariteit […].

4. Besluiten

We presenteerden een deterministisch model [met vaststaande wetmatigheden] gebaseerd op de reaktie-vergelijkingen voor de relevante reakties en processen om de metaboliet-concentraties te simuleren tijdens inspanning in skelet-spieren, en waren in staat experimenteel geobserveerde dynamieken tijdens en na een hoge-intensiteit inspanning van 30 sec te reproduceren. Via simulatie van een gereduceerde mitochondriale ATP-synthese bij CVS-patiënten, leidt het model naar voorspellingen over de herstel-duur na inspanning en toont het aan dat lange milde inspanningen meer uitputtend zijn dan korte intensieve inspanningen – in tegenstelling met de resultaten voor gezonde controles. Verder werd aangetoond dat ATP kritiek lage concentraties bereikt tijdens hoge-intensiteit inspanning bij CVS-simulaties en de verzuring in spier-weefsel verhoogt vergeleken met controle-simulaties.

Parallele aktivatie van ATP-consumptie en -synthese werd gebruikt om de spier-stimulatie te modelleren. Zelfs al is dit een simplistische benadering om een complex en nog niet begrepen mechanisme te beschrijven, is er bewijs voor een parallele aktivatie in vivo.

De verminderde mitochondriale capaciteit bij CVS resulteert in een verhoogde acidose en lactaat-accumulatie, die niet zo uitgesproken was als werd gerapporteerd [zie bv. Lane RJM, Barrett MC, Taylor DJ, Kemp GJ, Lodi R. ‘Heterogeneity in Chronic Fatigue Syndrome: evidence from magnetic resonance spectroscopy of muscle’ (Neuromusc. Disord. (1998) 8: 204-209: “Sommige CVS-patiënten vertonen verstoorde mitochondriale oxidatieve fosforylatie.”]. Dit kan ten dele worden verklaard door de experimentele opzet van herhaalde inspanningen [zie ‘ Geen herstel van acidose na herhaalde inspanning bij CVS] en de heterogeniteit van de CVS-groep, waar sommigen mogelijks een verschillende parallelle aktivatie-dynamiek met een hogere aktivatie van de glycolyse vertonen.

Bij het onderzoeken van de mitochondrieën in neutrofielen van CVS-patiënten werden 2 subgroepen gerapporteerd, die werden gedifferentieerd door de manier waarop de mitochondriale deficiëntie wordt gecompenseerd [werk S. Myhill en medewerkers]. Er werd voorgesteld dat één van de groepen de lagere aërobe ATP-synthese compenseert door het upreguleren van de glycolyse; de andere leek echter een alternatief mechanisme te gebruiken, waarschijnlijk door de afbraak van purine-nucleotiden te verhogen. Ons model reproduceert de kenmerken van beide groepen en de verhouding tussen beide compenserende mechanismen kan worden veranderd door het modificeren van de aktivatie-dynamiek van de glycolyse en het reaktie-verloop van de purine-nucleotide afbraak. In de voorgestelde simulaties werden de corresponderende parameters echter bepaald door experimentele waarden van gezonde individuen.

Een belangrijk verschil tussen de simulaties voor gezonde controles en CVS-patiënten was de minimum ATP-concentratie tijdens inspanning: deze daalde onder 50% van de concentratie in rust voor een arbeid hoger dan 2,45 ATP/sec in de CVS-simulaties. Waarden onder 55% van die in rust werden niet gemeten na hoge-intensiteit inspanning door gezonde individuen. Zelfs als de minimum ATP-concentratie nog goed boven de Km-waarde [maat voor de affiniteit van een enzym voor z’n substraat] voor de meeste van de ATP-afhankelijke enzymen ligt, bleek een tijdelijke 3-voudige reductie van ATP de kans op cel-dood immens te verhogen. CVS-patiënten zouden dus waarschijnlijk niet in staat zijn de kracht-output aan te houden, en de verhoogde necrose zou de symptomen van post-exertionele malaise kunnen versterken. De hoeveelheid cel-vrij DNA in plasma, dat vrijkomt bij necrose, was tot 3,5 maal de normale referentie-waarde verhoogd bij CVS-patiënten, wat een bevestiging is voor een verhoogde cel-dood [Myhill S et al. Mitochondrial dysfunction and the pathophysiology of Myalgic Encephalomyelitis/Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS). Int. J. Clin. Exp. Med. (2012) 5: 208]. De hoeveelheid cel-vrij DNA was sterk omgekeerd gecorreleerd met de capaciteit voor oxidatieve fosforylatie, wat aangeeft dat de hogere cel-dood frequentie het resultaat kan zijn van ATP-concentraties die onder de drempel dalen bij inspanning. Dit effekt zou de herstel-tijd vertragen, die (zoals onze simulaties tonen) al vertraagd is.

Andere factoren die bijdragen tot de verminderde efficiëntie voor herstel zijn immunologische en adrenerge ontregelingen [zie ‘Matige Inspanning verhoogt Expressie van Sensorische, Adrenerge en Immuun Genen bij CVS & Expressie van metaboliet-detekterende, adrenerge & immune genen na inspanning (CVS, FM, MS)], waarbij de complexe wisselwerking met door inspanning geïnduceerde veranderingen van het metabolisme nog niet goed wordt begrepen. Ook oxidatieve stress bleek verhoogd na inspanning [Jammes Y, Steinberg JG, Mambrini O, Brégeon F, Delliaux S. Chronic Fatigue Syndrome: assessment of increased oxidative stress and altered muscle excitability in response to incremental exercise. J Int Med (2005) 257:299-310; zie ook ‘Oxidatieve stress] alsook in rust [zie o.a. Fulle et al. Specific oxidative alterations in vastus lateralis muscle of patients with the diagnosis of Chronic Fatigue Syndrome. Free Radic Biol Med (2000) 29: 1252-9; zie ook: ‘Specifieke correlaties tussen oxidatieve stress in de spieren en CVS /// Kennedy G, Spence VA, McLaren M, Hill A, Underwood C, Belch JJF. Oxidative stress levels are raised in Chronic Fatigue Syndrome and are associated with clinical symptoms. Free Radic Biol Med (2005) 39(5):584-589; zie ook: ‘Oxidatieve stress], wat verband houdt met de oxidatieve fosforylatie capaciteit, aangezien de reductie van belangrijke anti-oxidanten zoals ubiquinol [coenzyme-Q10], coenzyme-c [aktieve coenzyme-vorm van foliumzuur] en NADH afhankelijk is van de mitochondriale ademhaling.

Een mogelijkheid ter verkorting van de herstel-tijd is het versterken van de synthese [van adenine-nucleotiden] door het verhogen van de concentratie van D-ribose [Adenine nucleotide synthesis in exercising and endurance-trained skeletal muscle. Am. J. Physiol. (1991) 261: C342-C347], wat ook nuttig bleek als supplementering voor CVS-patiënten [Teitelbaum JE et al. The use of d-ribose in Chronic Fatigue Syndrome and fibromyalgia: a pilot study. J. Altern. Complement. Med. (2006) 12: 857-86]. Maar langdurige behandeling met D-ribose heeft waarschijnlijk nadelen omwille van zijn snelle glycatie [niet-enzymatische glycosylatie; binden van suiker-molekulen] van proteïnen, wat betrokken is bij fysiologische neurodegeneratieve ziekten [D-ribose geeft aanleiding tot de vorming van ‘advanced glycation end products’ (AGEs); sommige zijn betrokkenen bij cardiovasculaire, Alzheimer’s, kanker, perifere neuropathie]. Zolang dat de pathogenese van CVS onduidelijk blijft, is een redelijke therapeutische benadering het meten van belangrijke co-factoren bij mitochondriale ademhaling (ubiquinol, NAD, L-carnitine en andere) en het aanbieden van individuele supplementen [75,76].

Tot besluit: het voorgestelde model is in staat om meerdere onafhankelijke experimentele observaties te reproduceren en helpt om het onderliggend mechanisme voor inspanning-intolerantie bij CVS te begrijpen door rekening te houden met een verminderde mitochondriale capaciteit. Het mechanisme voor herstel na inspanning kan worden onderzocht door het opnemen in het model van de afbraak van purine-nucleotiden en verlies tijdens inspanning. Ten gevolge de dynamiek van het systeem tijdens inspanning, neemt de ATP-concentratie af tot een zeer laag minimum en het verlies aan purine-nucleotiden stijgt, wat een langere herstel-tijd veroorzaakt en de ernst van de post-exertionele malaise verhoogt.

juni 12, 2015

SNPs in in Acetylcholine Receptoren bij CVS

Filed under: Genetica — mewetenschap @ 11:31 am
Tags: , , , , ,

Onderstaand artikel is een vervolg op ‘SNPs in TRP ion-kanalen bij CVS’.

De acetylcholine-receptor (AChR) is een membraan-proteïne dat als een receptor werkt. De neurotransmitter acetylcholine is de belangrijkste stof die er op bindt en voor fysiologische responsen zorgt. Er zijn 2 types acetylcholine-receptoren (op basis van hun affiniteit en gevoeligheid voor andere molekulen): de nicotinerge acetylcholine-receptor (nAChR) en de muscarine acetylcholine-receptor (mAChR). De eerste (ook bekend als ‘ionotrope’ acetylcholine-receptoren) zijn responsief op nicotine en werken als ion-kanalen (wijzigen de doorlaatbaarheid van de cel). De tweede (ook bekend als ‘metabotrope’ acetylcholine-receptoren – ze werken via een ‘tweede boodschapper’ om signalen naar de cel te geven) zijn responsief op muscarine.

We schreven hier al over een suggestie van cholinergische anti-inflammatoire signalisering (zie Het Cholinergisch Anti-inflammatoir Mechanisme). Dr Vance Spence en zijn collega’s aan de Dundee University maakten ook al gewag van “verhoogde cholinergische aktiviteit in de perifere micro-circulatie aan bij patiënten met CVS” en “cerebrale hypo-perfusie gelinkt met abnormaliteiten in het cholinergisch metabolisme” (zie ‘Bloed-circulatie abnormaal bij mensen met CVS’). De research-groep van Stefania Fulle (Universiteit van Chieti in Italië) vond ook dat het belangrijk was dat “de expressie van een gen coderend voor een component van de nicotine-cholinergische receptor-bindingsplaats verminderd” bleek (zie ‘Transcriptie-profiel van spieren bij CVS’).

Hier wordt nu een mogelijke kadering voor aangereikt…

 

————————-

Immunology and Immunogenetics Insights 2015: 7

Examination of Single Nucleotide Polymorphisms in Acetylcholine Receptors in Chronic Fatigue Syndrome Patients

Sonya Marshall-Gradisnik (1,2), Peter Smith (2), Bernd Nilius (3) & Donald R. Staines (2)

1 School of Medical Science, Griffith University, Gold Coast, Australia

2 The National Centre for Neuroimmunology and Emerging Diseases, Menzies Health Institute, Griffith University, Gold Coast, Australia

3 Department of Cellular and Molecular Medicine, Laboratory of Ion Channel Research, KU Leuven, Belgium

SAMENVATTING

DOELSTELLING: Chronische Vermoeidheid Syndroom/ Myalgische Encefalomyelitis (CVS/ME) is een aandoening gekenmerkt door uitputtende vermoeidheid vergezeld van pijn en stoornissen van het geheugen, de cognitie en concentratie. Acetylcholine (ACh) heeft een groot aantal rollen bij neuronale en neuromusculaire transmissie. Er zijn 2 types Ach-receptoren, muscarine and nicotinerge, bestaande uit 17 verschillende subunits van de nicotinerge Ach-receptor (nAChR) en 5 verschillende subtypes van de muscarine receptor (mAChR) die bij mensen werden geïdentificeerd. Het doel van deze studie was om de rol van ACh receptor (nAChRs and mAChRs) ‘single’ nucleotide polymorfismen (SNPs) bij CVS/ME-patiënten te bepalen.

METHODES: 115 CVS/ME-patiënten (leeftijd = 48,68 ± 1,06 jaar) en 90 niet-vermoeide controles (leeftijd = 46,48 ± 1,22 jaar) nemen deel aan deze studie, waar de CVS/ME-patiënten werden gedefinieerd volgens de 1994 CDC criteria. Er werd een totaal aantal van 464 SNPs in 9 Ach-receptor genen (M1, M2, M3, M4, M5, alfa- 2, 5, 7 & 10) onderzocht.

RESULTATEN: 17 SNPs waren significant geassocieerd met CVS/ME-patiënten vergeleken met de controles. 9 van deze SNPs waren geassocieerd met mAChRM3 […], terwijl de rest the geassocieerd waren met nAChR alfa-10 […], alfa-5 […] en alfa-2 […].

BESLUIT: De gegevens van deze piloot-studie suggereren een verband tussen Ach-receptoren (voornamelijk M3) en CVS. Ach-receptor SNPs zouden kunnen bijdragen tot het pathomechanisme van CVS/ME.

Inleiding

De fysiologische funkties van acetylcholine (ACh) worden gemedieerd door 2 membraan-proteïnen: de muscarine (mAChR) en nicotinerge (nAChR) receptoren. Beide receptor-types hebben meerdere subtypes en zijn gelokaliseerd in het centraal en perifeer zenuwstelsel, inclusief het autonoom zenuwstelsel. ACh heeft ook een funktie in gladde spieren, zweetklieren, pancreatische β-cellen, gliale cellen, lymfocyten, cellen van de oog-lens, hersenen, het vasculair endotheel en het centraal zenuwstelsel (CZS). De afbraak van ACh in choline en acetaat wordt gekatalyseerd door het enzyme acetylcholinesterase (AChE).

Er zijn 5 mAChR subtypes: M1, M2, M3, M4 & M5, waarbij M2 & M4 inhiberende receptoren zijn, en M1, M2 & M3 stimulerende receptoren. Eens ze geaktiveerd zijn, heeft elk subtype kenmerkende funkties. Aktivatie van M1, M3 & M5 receptoren resulteert in verhoogde intracellulair calcium signalisering. In tegenstelling daarmee inhiberen geaktiveerde M2 & M4 receptoren adenylaat-cyclase [ACs; enzymen van belang bij het energie-metabolisme] aktiviteit en mediëren de werking van niet-seleltieve kation-kanalen, ‘transient receptor potential’ [TRP; zie ‘SNPs in TRP ion-kanalen bij CVS] kanalen en kalium-kanalen.

nAChRs zijn snelle ionotrope nicotinerge receptor kanalen die de influx van kationen zoals kalium-, calcium- en natrium-ionen in de cel toelaten. Naar gelangd de combinatie van verschillende subunits, kunnen AChRs heteromeren of homomeren vormen [combinatie van verschillende of identieke subunits].

Chronische Vermoeidheid Syndroom/ Myalgische Encefalomyelitis (CVS/ME) is een aandoening die wordt gekenmerkt door uitputtende vermoeidheid gepaard met stoornissen qua geheugen, cognitie en concentratie, alsook pijn en ontregeling van de gastro-intestinale, cardiovasculaire en immuun-systemen. [Lees o.a. onze meldingen over het werk van Ekua Brenu, Don Staines & Sonya Marshall-Gradisnik op deze pagina’s]

Belangrijk: er werd opgemerkt dat de perifere cholinerge werking abnormaal is bij CVS/ME-patiënten die worden blootgesteld aan Ach, waarbij het langer duurt voor bloeddoorstroming-pieken naar normale waarden terugkeren. Er werd ook verhoogde gevoeligheid voor ACh in het perifeer vasculair endotheel gemeld. [Khan F, Kennedy G, Spence VA, Newton DJ, Belch JJ. Peripheral cholinergic function in humans with Chronic Fatigue Syndrome, Gulf War syndrome and with illness following organophosphate exposure. Clin Sci (2004) 106: 183-189 /// Spence VA, Khan F, Kennedy G, Abbot NC, Belch JJ. Acetylcholine mediated vasodilatation in the microcirculation of patients with Chronic Fatigue Syndrome. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids (2004) 70: 403-407; zie ook ‘Bloed-circulatie abnormaal bij mensen met CVS] ACh beïvloedt de funktie van immuun-cellen en wordt aangemaakt en gesecreteerd door een brede waaier immuun-cellen, inclusief lymfocyten. Wij hebben, samen met anderen, gerapporteerd over veranderingen in immuun-cel fenotype en funktie, alsook cardiale en neurologische effekten bij de ziekte aangestipt. Daarnaast hebben we gerapporteerd over ‘single’ nucleotide polymorfismen (SNPs) in ‘transient receptor potential’ (TRP) ion-kanalen bij CVS/ME-patiënten. [zie SNPs in TRP ion-kanalen bij CVS] SNPs komen voor in de coderende sequenties, niet-coderende gebieden of inter-genitische regionen, waarbij deze SNPs – afhankelijk van hun locatie en de invloed van bijkomende ‘splicing’-mechanismen [Splicing: tijdens het verwerken van RNA (na de transcriptie van DNA) worden de niet-coderende stukken (intronen) uit het pre-mRNA geknipt en de exonen van het pre-mRNA aan elkaar geplakt.] – kunnen leiden tot ziekte. Gezien deze rapporten, en de rol van TRPs en AChRs bij cellulaire funkties, was het doel van de huidige studie om SNPs in AChRs te onderzoeken bij dezelfde groep CVS/ME-patiënten waarbij we eerder TRP SNP-anomalieën hadden gerapporteerd.

Methodologie

Individuen. […] 1994 CDC criteria voor CVS. 115 CVS/ME-patiënten en 90 niet-vermoeide controles. […]

DNA-extractie. […]

SNP-genotypering studies. […]. Er werden aangepaste testen ontwikkeld voor 464 SNPs over 9 (zoogdier) acetylcholine receptor genen (M1, M2, M3, M4, M5 alfa 2, 5, 7 & 10) […].

Statistische analyse. […] significantie P-waarde 0.05.

Resultaten

Deelnemers. Er werd een totaal van 115 CVS/ME-patiënten (leeftijd = 48,68 ± 1,06 jaar) – 84 (73,04%) vrouwen en 31 (26,96%) mannen – gerecruteerd. De 90 niet-vermoeide controles (leeftijd = 46,48 ± 1,22 jaar) omvatten 59 (65,56%) vrouwen en 31 (34,44%) mannen. Alle deelnemers waren van Europese afkomst. Alle deelnemers waren tussen 25 en 65 jaar, en sommigen werden uitgesloten op basis van symptomen en antwoorden op vragenlijsten (medicatie, co-morbide chronische ziekte, psychose of epilepsie, zwangerschap/borstvoeding, roken). […]

SNP-associatie studies. Van de 464 SNPs onderzocht in deze studie, werden er 393 succesvol geïdentificeerd bij beide deelnemende groepen. Van de 393 bleken er 17 significant geassocieerd met CVS. 9 van deze SNPs waren geassocieerd met mAChRM3 […], terwijl de rest geassocieerd was met nAChR alfa-10 […], alfa-5 ([…] en alfa-2 […].

Bespreking

Deze piloot-studie onthulde een aantal AChR SNP-variaties bij CVS/ME-patiënten. Specifiek: binnen de coderende sequenties van 9 AChR-genen (op 464 onderzochte SNPs), werden 17 allelen gevonden die significant geassocieerd zijn met CVS/ME vergeleken met niet-vermoeide controles. Bovendien waren deze allelen gelegen in de gen-sequentie van één van de muscarine acetylcholine receptoren (mAChRM3) en 3 nicotinerge acetylcholine alfa receptoren (nAChRa2, nAChRa5 & nAChRa10). Interessant was dat we, in onze eerdere studie, een aantal SNPs identificeerden in de TRP-familie, nl. TRPM3. Het belang van SNPs in mAChRM3 en TRPM3 is dat de laatste met mAChRM3 koppelt en geaktiveerd kan worden door ACh.

Er is weinig informatie beschikbaar over de rol van deze AChR SNPs. Gewijzigde ‘splicing’ in de niet-coderende sequenties zou echter een significante, onverwachte uitkomst van het ‘splicing’-mechanisme van de gen-transcripten kunnen hebben. ‘Splicen’ van genetische varianten die intron-varianten zijn, speelt een rol bij gewijzigde ‘splicing’-mechanismen, resulterend in diverse proteïne-isoformen [verschillende vormen van één proteïne]. […] Belangrijk is dat een aantal intron-varianten in de SNPs geassocieerd was met de werking van gladde spieren en de ademhaling […], neurocognitieve funktie […], neuropathische pijn […] en maag-funktie […]. Daarnaast rapporteren we hier het SNP rs6669810, verantwoordelijk voor het gen ART1, een ADP-ribosyltransferase dat de ADP-ribosylering [De biologische funktie van ADP-ribosylering is gerelateerd met DNA-herstel, apoptose en ziekte-respons. Een hypothese stelt dat oxidanten en vrije radikalen het DNA beschadigen, oxidatieve stress zou via het ADP-ribosylering mechanisme DNA-herstel kunnen initiëren.] van arginine-residuen in proteïnen katalyseert, bij CVS/ME-patiënten. Mono-ADP-ribosylering is een post-translationele modificatie [verandering in de eiwitten na de vertaling vanuit RNA] van proteïnen aangetast door een waaier aan bakteriële toxinen, inclusief cholera, kinkhoest en hitte-labiele enterotoxinen van Escherichia coli. Interessant is dat researchers melding hebben gemaakt van verhoogde virale ladingen, met ademhaling geassocieerde ziekten, neurocognitieve veranderingen en neuropathische pijn bij CVS/ME-patiënten. [Meeus M, Nijs J. Central sensitization: a biopsychosocial explanation for chronic widespread pain in patients with fibromyalgia and Chronic Fatigue Syndrome. Clin Rheumatol (2007) 26: 465-473 /// Ocon AJ, Messer ZR, Medow MS, Stewart JM. Increasing orthostatic stress impairs neurocognitive functioning in Chronic Fatigue Syndrome with postural tachycardia syndrome. Clin Sci (2012) 122: 227-238; zie ‘Neurocognitie & cerebrale bloeddoorstroming bij CVS+POTS’ /// Smith AP, Thomas M, Borysiewicz L, Llewelyn M. Chronic Fatigue Syndrome and susceptibility to upper respiratory tract illness. Br J Health Psychol (2010) 4: 327-335]

Er werden SNPs gevonden in mAChR receptoren die verantwoordelijk zijn voor het initiëren van de samentrekking van gladde spieren, zoals in het gastro-intestinaal en genito-urinair kanaal, alsook voor effekten in immuun-cellen, epitheliale, ovariële en ooglens-cellen, en klieren. Daarnaast werden ook nAChRs gerapporteerd op T- en B-lymfocyten. Menselijke T-lymfocyten brengen de α3, α4, α7, ß2 & ß4 receptor-subunits tot expressie, terwijl bij muis en mens thymus mAChR expressie een rol bleek te spelen bij T-lymfocyten ontwikkeling en proliferatie. Er werden ook α4 of α7 subunits gerapporteerd op B-lymfocyten en die bleken proliferatie te stimuleren en antilichaam-produktie te doen dalen. Dergelijke bevindingen bieden mogelijks inzicht betreffende de hier gevonden SNPs, want eerdere onderzoeken hebben melding gemaakt van gecompromitteerde immuun-funktie bij CVS/ME. Belangrijk: veranderingen qua aantallen en werking van lymfocyten, zoals ‘natural killer’ (NK) lymfocyten en T- & B-lymfocyten, suggereren een verhoogde influx van Ca2+.

De mAChRM3 receptoren bevinden zich in het maag-darm-kanaal en worden ten dele gecontroleerd door het parasympathisch zenuwstelsel via de nervus vagus. Bovendien tonen klinische gegevens dat nAChRs betrokken zijn bij inflammatoire darm-ziekte. CVS/ME-patiënten vertonen dikwijls gastro-intestinale klachten, zoals prikkelbare darm syndroom en constipatie.

Ontregeling van mAChRM3 receptoren kan metabole en cardiale responsen beïnvloeden. In een normale alvleesklier spelen mAChRM3 receptoren een rol bij het reguleren van de insuline- en glucagon-secretie. Er werd gerapporteerd dat muscarine ACh receptoren tot expressie gebracht door pancreatische ß-cellen een significante rol spelen bij het handhaven van gepaste insuline-afgifte en glucose-homeostase. Veranderingen in Ca2+-gemedieerde kanalen kan resulteren in nadelige uitkomsten qua glucose-metabolisme bij CVS/ME-patiënten. Pancreatische ß-cellen zijn afhankelijk van kortstondige veranderingen in Ca2+ om de complexe sequentie gebeurtenissen te initiëren die resulteert in insuline-afgifte na blootstelling aan glucose. Zodoende kan worden geargumenteerd dat afwijkende intracellulaire Ca2+-concentraties omwille van de plooibare AChR-aktiviteit, de gebruikelijke en noodzakelijke opéénvolgende gebeurtenissen die vereist zijn om de insuline-respons op glucose te initiëren, zal verhinderen bij CVS/ME-patiënten.

Cardiale mAChRM3 receptoren hebben een ganse reeks pathologische en fysiologische funkties. mAChM2 is niet de enige muscarine receptor betrokken bij de werking van het hart. De mAChRM3 parasympathische controle van de cardiale funktie is goed gekend. […] Er zijn bevindingen die impliceren dat gebruik van een muscarine receptor agonist [stof die de mAChR aktiveert] een effekt kan hebben op de werking van de sino-atriale (SA) knoop [belangrijkste pacemaker van het hart; een groep cellen in de wand van de rechter-boezem die het hart er periodiek toe aanzet om een contractie uit te voeren], waarbij verstoringen van de gepaste cardio-regulerende mechanismen verergert, in het bijzonder in een omgeving waar intracellulaire Ca2+-concentraties waarschijnlijk gewijzigd zijn door de directe effekten van receptor-aktiviteit. Er zouden klinische gevolgen zoals gewijzigde orthostatische cardiovasculaire responsen voorspeld kunnen worden en dit kan overéénkomen met de symptomen van CVS/ME.

In het vasculair systeem, bevat het endotheel nAChRs, inclusief α3, α5, α7, α10, ß2, ß3 & ß4. Afhankelijk van het type gladde-spier, is een specifiek subtype nAChR aanwezig: α3 en α5 worden gevonden in arterieën, terwijl α7 wijdverspreid is (hoewel niet aanwezig in de bloedcirculatie van de nieren). nAChR α5, α7, ß2 & ß3 werden gevonden in endotheliale cellen van de hersenen en zijn een belangrijke component van de bloed-hersen-barrière. Deze studie identificeerde SNPs in de α5 en α3 nAChR subunits, wat anomalieën van de signaal-transductie in onze patiënten-groep impliceert. Er werd gerapporteerd dat nAChRs betrokken zijn bij waken, slaap en vermoeidheid, alsook die funkties die verantwoordelijk zijn voor het verwerken van pijn, geheugen en cognitie.

Besluit

We rapporteren voor de eerste keer over de aanwezigheid van SNPs in receptoren voor ACh bij patiënten met CVS/ME. Er zijn vele schadelijke gevolgen voor de fysiologische homeostase mogelijk door de afwijkende werking AChR bij deze patiënten. Deze scenario’s vergen verder onderzoek om vast te stellen of de in deze studie geïdentificeerde AChR SNPs resulteren in een gewijzigde funktie en geassocieerd zouden kunnen zijn met de pathomechanismen en symptomatologie van CVS/ME.

mei 29, 2015

SNPs in TRP ion-kanalen bij CVS

Filed under: Genetica — mewetenschap @ 11:31 am
Tags: , , , , ,

We rapporteerden op deze pagina’s al meermaals over de mogelijke impact bij M.E.(cvs) van zgn. SNPs in bepaalde genen. Zie onder meer ‘Gebruik van SNPs om gen-expressie te onderscheiden bij M.E.(cvs)-subtypes’.

TRP-kanalen zijn ion-kanalen die cellen triggeren om te reageren op veranderingen in hun omgeving; deze kunnen worden veroorzaakt door pathogenen, oxidatieve stress, chemische stoffen, toxinen en gewijzigde zuurtegraad. In ‘Sensory TRP channels: the key transducers of nociception and pain’ (Prog Mol Biol Transl Sci. (2015)131: 73-118) lezen we: “Bij de perifere detektie van nociceptieve en pijnlijke stimuli door sensorische neuronen is een ingewikkeld repertoire van molekulaire detektoren en transducers betrokken op bepaalde zenuw-vezels. De meerderheid van die detektoren/transducers behoort tot de ‘transient receptor potential’ (TRP) familie.”. TRPs zijn bij meerdere ziekten verstoord. Het is dus mogelijk dat bepaalde variaties (SNPs) in de genen coderend voor TRP ion-kanalen geassocieerd zijn met M.E.(cvs).

De Australische researchers die onderstaand artikel publiceerden vonden dat de frequentie van 13 SNPs significant verschilde tussen M.E.(cvs) en controles. 9 daarvan lagen in het TRPM3 gen, 2 in het TRPA1 gen en 2 in het TRPC4 gen. De resultaten zijn nog preliminair maar ze geven aan dat genetische wijzigingen in TRP ion-kanalen (receptoren van belangrijke signalisering-mechanismen betrokken bij de werking van cellen en het immuunsysteem, en het reageren op bedreigingen) een rol kunnen spelen bij de ontwikkeling of het doen voortduren van M.E.(cvs).

De meldingen van SNPs bij M.E.(cvs) kunnen worden omschreven als ‘hypothese-genererend’. De vondsten kunnen worden voor het nader onderzoeken van specifieke gebieden van het genoom. Het is wel waarschijnlijk dat een complexe chronische ziekte zoals M.E.(cvs) het resultaat is van een groot aantal SNP-varianten die samen zorgen voor stoornissen.

Zie verder o.a. ook ‘Verhoogde aanwezigheid van 2 mitochondriale DNA polymorfismen bij CVS’, ‘Variaties in Pijn-perceptie zijn Genetisch bepaald’ en ‘Bewijs dat M.E.(cvs) erfelijk is’.

————————-

Immunology and Immunogenetics Insights Vol 7, pp 1-6 (2015)

Examination of Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) in Transient Receptor Potential (TRP) ion channels in Chronic Fatigue Syndrome patients

Sonya M. Marshall-Gradisnik (1,2,*), Peter Smith (2), Ekua W. Brenu (1,2), Bernd Nilius (3), Sandra B. Ramos (1,2) & Donald R. Staines (2)

1 School of Medical Science

2 The National Centre for Neuroimmunology and Emerging Diseases, Menzies Health Institute Queensland, Griffith University, Gold Coast, Australia

3 Department of Cellular and Molecular Medicine, Laboratory of Ion Channel Research, KU Leuven, Belgium

Samenvatting

Achtergrond. De ‘transient receptor potential’ (TRP) super-familie omvat bij mensen 27 kation-kanalen met doorlaatbaarheid voor monovalente en divalente kationen [één- of twee-waardig positief geladen ionen]. Deze kanalen komen bij mensen op vele cellen en weefsels tot expressie en ze hebben significante sensorische en regulerende rollen bij de meeste fysiologische funkties. Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) is een onverklaarde aandoening met veelvoudige fysiologische stoornissen.

Doelstellingen. Het doel van deze studie was om de rol te bepalen van TRPs bij CVS.

Methodes. De studie omvatte 115 CVS-patiënten […] en 90 niet-vermoeide controles […]. De CVS-patiënten werden gedefinieerd volgens de 1994 CDC criteria voor CVS. Er werden in het totaal 240 ‘single’ nucleotide polymorfismen (SNPs) bij 21 TRP ion-kanaal genen (TRPA1, TRPC1, TRPC2, TRPC3, TRPC4, TRPC6, TRPC7, TRPM1, TRPM2, TRPM3, TRPM4, TRPM5, TRPM6, TRPM7, TRPM8, TRPV1, TRPV2, TRPV3, TRPV4, TRPV5 & TRPV6) bepaald. […]

Resultaten. Er waren 13 SNPs significant geassocieerd met CVS vergeleken met de controles. Daarvan waren er 9 SNPs geassocieerd met TRPM3 […], terwijl de rest was geassocieerd met TRPA1 […] en TRPC4 […].

Besluit. De gegevens van deze piloot-studie suggereren een associatie tussen TRP ion-kanalen – voornamelijk TRPM3 – en CVS. Deze en andere TRPs kunnen bijdragen tot de etiologie en het pathomechanisme van CVS.

Inleiding

‘Transient receptor potential’ (TRP) ion-kanalen zijn kation-kanalen met een vermeende rol bij vele fysiologische signalisering-mechanismen. Bij zoogdieren omvatten TRPs 6 groepen: TRPA (ankyrine), TRPC (kanoniek), TRPM (melastatine), TRPML (mucolipine), TRPP (polycystine) en TRPV (vanilloïd). In het algemeen zijn de TRPC-kanalen niet-selektieve kation-kanalen; slechts 2 zijn zeer doorlaatbare Ca2+-kanalen en 2 zijn ondoorlaatbaar voor Ca2+. Belangrijk is dat meerdere TRPs doorlaatbaar zijn voor Mg2+ en Zn2+. TRPs komen uitgebreid tot expressie op bijna alle cellen en hebben daarom waarschijnlijk significante effekten op fysiologische funkties. Ontregeling van TRPs bleek geassocieerd met pathologische aandoeningen en ziekten, inclusief chronische pijn, over-aktieve blaas, diabetes, chronische obstructieve long-ziekte, cardiale hypertrofie [verdikking hartwand], familiale Alzheimer’s, huid-ziekten, skeletale dysplasiën [misvormingen van bot/kraakbeen], motor-neuropathieën, neurosensorische neuropathieën inclusief de ziekte van Charcot-Marie-Tooth [verzamelnaam voor een aantal erfelijke ziekten waarbij de zenuwen zijn aangetast] (type 2C) en kanker. TRP ion-kanalen worden geaktiveerd na schommelingen of afwijkingen in de cellulaire omgeving. Factoren die deze veranderingen kunnen beïnvloeden zijn stressoren zoals pathogenen, temperatuur, druk, chemische stoffen, oxidatie/reductie, toxine, osmolariteit en pH.

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) is een onverklaarde aandoening met veelvoudige fysiologische stoornissen. Research suggereert significante immuun-stoornissen; het mechanisme van deze aandoening dient echter nog te worden bepaald. CVS-patiënten kunnen reakties vertonen op een aantal omgeving- en biologische factoren. Bovendien is er bewijs dat suggereert dat CVS een allergische component zou kunnen hebben. Atypische TRP-expressie werd gerapporteerd bij CVS; in het bijzonder upregulering van de expressie van TRPV1. [Light AR, Bateman L, Jo D et al. Gene expression alterations at baseline and following moderate exercise in patients with Chronic Fatigue Syndrome and fibromyalgia syndrome. J Intern Med. (2012) 271: 64-81; zie Gen-expressie veranderingen na matige inspanning bij CVS & FM] Aangezien TRPs een overvloed aan fysiologische signalisering-mechanismen reguleren, zouden ze een rol kunnen spelen bij CVS. Een aantal channelopathieën [ziekten veroorzaakt door een verstoorde funktie van ion-kanalen; zie o.a. ‘Inspanning-responsieve genen bij CVS] bleken geassocieerd met TRP-genen en die hebben gevolgen voor de cellulaire funktie. Daarnaast kunnen TRP-kanalen een doelwit zijn tijdens inflammatoire reakties, aangezien ze makkelijk geaktiveerd worden in aanwezigheid van irriterende stoffen, inflammatoire produkten en xenobiotische [lichaamsvreemde] toxinen. Daarnaast rapporteren CVS-patiënten een significante sensitiviteit voor toxinen en irriterende stoffen uit de omgeving, maar de oorzaken van deze gevoeligheden dienen nog te worden uitgeklaard. Het doel van deze piloot-studie was om te bepalen of polymorfismen in SNPs geassocieerd met TRP ion-kanaal genen een bijdragende factor zijn in de pathogenese van CVS.

Methodologie

Deelnemers. Er werden 115 CVS-patiënten en 90 niet-vermoeide controles gerecruteerd voor deze studie. Van de 115 CVS-patiënten (leeftijd 48,68 ± 1,06 jaar), waren er 84 (73,04%) vrouwen en 31 (26,96%) mannen. De 90 niet-vermoeide controles (leeftijd = 46,48 ± 1,22 jaar) omvatten 59 (65,56%) vrouwen en 31 (34,44%) mannen. De CVS-patiënten warden gedefinieerd volgens de 1994 criteria van het ‘Centre for Disease Prevention and Control’ (CDC) voor CVS. Alle deelnemers waren van Europese afkomst en inwoners van Australië […].

DNA-extractie. […]

SNP-genotypering. […]

Statistische analyse. […]

Resultaten

SNP associatie studies. Van de 240 SNPs die hier werden onderzocht, warden er 233 succesvol geïdentificeerd in beide groepen. 13 bleken significant geassocieerd met CVS. 9 van deze SNPs waren geassocieerd met TRPM3 (rs12682832; P ≤ 0.003, rs11142508; P ≤ 0.004, rs1160742; P ≤ 0.08, rs4454352; P ≤ 0.013, rs1328153; P ≤ 0.013, rs3763619; P ≤ 0.014, rs7865858; P ≤ 0.021, rs1504401; P ≤ 0041, rs10115622; P ≤ 0.050), terwijl de overblijvende SNPs geassocieerd waren met TRPA1 (rs2383844; P ≤ 0.040, rs4738202; P ≤ 0.018) en TRPC4 (rs6650469; P ≤ 0.016, rs655207; P ≤ 0.018).

Bespreking

Het doel van deze piloot-studie was om de aanwezigheid te bepalen van mogelijke SNP-variaties bij CVS-patiënten, met een specifieke focus op SNPs in de coderende sequenties van 21 TRP ion-kanaal genen. Van de 240 onderzochte SNPs, bleken 13 allelen significant geassocieerd met CVS-patiënten vergeleken met niet-vermoeide controles. Aangezien CVS een heterogene aandoening is, is het waarschijnlijk dat verdere stratificatie van patiënten meer allel-associaties zou kunnen aantonen. Deze allelen waren gelegen in de gen-sequentie van één van de kanonieke TRP ion-kanalen (TRPC4), één ankyrine (TRPA1) en één melastatine TRP ion-kanaal (TRPM3).

SNPs die in een coderende sequentie zijn gelegen veranderen de amionozuur-sequentie van het geproduceerde proteïne al dan niet noodzakelijkerwijs. Een SNP dat de polypeptide-sequentie niet wijzigt, draagt de term ‘synoniem’ (soms een ‘stille variant’ genoemd), terwijl naar een SNP dat resulteert in een verschillende polypeptide-sequentie wordt verwezen als ‘niet-synoniem’ (mogelijks resulterend in gewijzigde gen-transcripten en ziekte-fenotypes). In dit onderzoek rapporteren we TRP SNP-anomalieën, suggererend dat ze de mogelijke aanvang of klinische presentatie van CVS kunnen mediëren; dit dient echter te worden bevestigd bij grotere groepen. Niettemin suggereert deze studie de mogelijke rol voor afwijkende TRPs bij CVS. Verdere uitleg, waarbij wordt aangetoond dat TRPs significante fysiologische rollen spelen, wordt hieronder verstrekt. In het bijzonder: CVS-patiënten rapporteren symptomen die geassocieerd zouden kunnen zijn met afwijkende TRP-funktie.

TRPC4 wordt geaktiveerd via receptor-afhankelijke aktivatie van het Gq/11/PLC (fosfolipase-C)/γ mechanisme maar ook via Gαi proteïnen, PI(4,5)P2 proteïnen en ook intracellulair Ca2+. Het is voornamelijk betrokken bij vasomotor-funktie [vaat-verwijding en -samentrekking], aggregatie van bloedplaatjes en werking van gladde spieren. Ca2+ staat ook bekend vereist te zijn voor de regulering van immuun-cellen, aangezien het werkt als een tweede boodschapper [na aktivatie van G-proteïne gebonden receptoren ontstaan er intracellulair zogenaamde ‘second messengers’ die, na een aantal biochemische tussenstappen, zorgen voor het uiteindelijk fysiologisch effekt] voor de meeste cellen, bijzonderlijk T- en B-cellen. Intracellulair Ca2+ verhoogt wanneer lymfocyt-receptoren worden blootgesteld aan antigenen. Bij CVS-patiënten zijn er talrijke meldingen over gecompromitteerde immuun-funktie, maar er is slechts beperkte informatie over de rol van Ca2+ bij deze patiënten. Ontregeling van TRPCs kan echter de intracellulaire calcium-concentratie beïnvloeden en desgevallend de lymfocyten-funktie. Lymfocyten zoals ‘Natural Killer’ (NK) cellen en T-cellen bleken gecompromitteerd bij CVS. In NK-cellen versterkt Ca2+ de cytotoxische aktiviteit, en de uitputting of overmatige toevloed ervan kan ernstige gevolgen hebben op de werking van NK-cellen. Bij CVS werd verminderde cytotoxische aktiviteit consistent gerapporteerd [Brenu EW, Huth TK, Hardcastle SL et al. Role of adaptive and innate immune cells in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. Int Immunol. (2014) 26: 233-242 = ‘Rol van adaptieve en aangeboren immuun-cellen bij M.E.(cvs)’ /// Brenu EW, Ashton KJ, van Driel M et al. Cytotoxic lymphocyte microRNAs as prospective biomarkers for Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Affect Disord. (2012) 141: 261-269 = ‘Cytotoxische lymfocyten microRNAs – merkers voor M.E.(cvs)?’ /// Brenu EW, van Driel ML, Staines DR et al. Longitudinal investigation of natural killer cells and cytokines in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med. (2012) 10: 88 /// Brenu EW, van Driel ML, Staines DR et al. Immunological abnormalities as potential biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med. (2011) 9: 81 = ‘Immunologische abnormaliteiten als potentiele biomerkers bij M.E.(cvs)’ /// Brenu EW, Staines DR, Baskurt OK et al. Immune and hemorheological changes in Chronic Fatigue Syndrome. J Transl Med. (2010) 8: 1 = ‘Immuniteit- en haemorheologische wijzigingen bij CVS’ /// Barker E, Fujimura SF, Fadem MB, Landay AL, Levy JA. Immunologic abnormalities associated with Chronic Fatigue Syndrome. Clin Infect Dis. (1994) 18: S136-S141] en dit zou verband kunnen hebben met de ontregeling van Ca2+.

Ontregeling van TRPCs kan neuronale responsen beïnvloeden, in het bijzonder deze die geassocieerd zijn met de stimulatie van muscarine receptoren [werken als belangrijkste eind-receptor gestimuleerd door acetylcholine in het parasympathisch zenuwstelsel]. Na aktivatie van TRPCs door fosfolipase-C, treedt een influx van Ca2+ op, wat een inductie in muscarine receptoren veroorzaakt en onophoudelijk neuronaal ‘vuren’ [‘overbrengen van signalen’] onderhoudt. Secretie van Ca2+ en de beschikbaarheid van TRPCs in het neuronaal milieu zijn daarom van uiterst belang voor de optimale werking van muscarine receptoren en de globale werking van de hersenen. Belangrijk: dit proces is essentieel voor het geheugen, de aandacht, sensorische scherpte, emotie, pijn en motor-controle, en gebeurt in de amygdala, entorhinale cortex [bepaald deel van de hersenschors; o.a. van belang bij het geheugen], hippocampus en pre-frontale cortex. Neuronale gebreken met betrekking tot het geheugen en de aandacht werden geïdentificeerd bij CVS. [o.a. Nakatomi Y, Mizuno K, Ishii A et al. Neuroinflammation in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis: an 11C-(R)-PK11195 PET Study. J Nucl Med. (2014) 55: 945-950; zie ‘Neuro-inflammatie bij Myalgische Encefalomyelitis (CVS) – een PET-studie] Het gebrek/fouten aan TRPC4 kunnen ook de darm-funkie beïnvloeden. TRPC4 en TRPC6 vormen een paar met muscarine receptoren in de darm, wat depolarisatie van gladde spieren, toevloed van of Ca2+ en contractie van gladde spieren aktiveert. Intestinale dysfunktie is een component van CVS [Lakhan SE, Kirchgessner A. Gut inflammation in Chronic Fatigue Syndrome. Nutr Metab. (2010) 7: 79]; de mate van beschadiging aan de darm-wand of de exacte rol van ion-kanalen in de darm dient echter te worden bepaald. TRPC4 zou simultaan geregeld kunnen worden door G-proteïne gekoppelde receptoren [GPCRs; signaaloverdracht via een trans-membranair systeem, de G-eiwit receptor].

TRPA1 is een receptor voor meerdere chemische stoffen die werd geïdentificeerd op nociceptieve sensorische neuronen (C-vezels) en heeft een rol bij de regulering van de afgifte van neuropeptiden, pijn-sensatie en inflammatie. Het kan worden geaktiveerd door zowel exogene als endogene inflammatoire agentia, resulterend in inflammatie en pijn. GPCRs aktiveren ook TRPA1 via PLC-signalisering, waardoor het ion-kanaal wordt gesensitiseerd voor verscheidene stimuli. TRPA1 kan worden geaktiveerd en daaropvolgend geïnaktiveerd in aanwezigheid van intracellulaire en extracellulaire calcium-concentraties. Er werd voorgesteld dat het TRPA1 gen de sensitiviteit voor nociceptieve stimuli beïnvloedt; daarom zou bij CVS-patiënten met SNPs in het TRPA1 gen de sensitiviteit voor nociceptieve stimuli verhoogd kunnen zijn. In het centraal zenuwstelsel brengen astrocyten TRPA1-kanalen tot expressie en deze kanalen zijn nodig voor calcium-opname en neuronale regulering in de astrocyten. Veranderingen in qua calcium kunnen daarom de werking van astrocyten en communicatie tussen neuronen aantasten. Er werd aangetoond dat aktivatie van TRPA1 acute hoofdpijn kan induceren en dit zou kunnen gebeuren via het calcitonine-gen gerelateerd peptide [CGRP; het proteïne wordt geproduceerd door neuronen, is een krachtige vasodilator, kan tussenkomen bij pijn-transmissie], wat vasodilatie [vaat-verwijding] in de meningeale arterie [naar de hersenvliezen] kan veroorzaken. Belangrijk: hoofdpijn is een prominent symptoom van CVS. TRPA1 speelt ook een sleutelrol bij migraine, en neuropathische gewricht- en spier-pijn, die dikwijls wordt ervaren door patiënten met fibromyalgie. TRPA1 vormt funktionele hetero-tetrameren met TRPV1; daarom zouden variaties in het TRPA1 gen op funktionele gebreken aan TRPV1 kunnen wijzen, die misschien niet gerelateerd zijn aan een nucleotide-polymorfisme. Belangrijk ook is dat Spaanse onderzoekers rapporteerden dat TRPV1 bijdraagt tot de genetische voorbestemdheid voor migraine (grote studie bij 500 Spaanse deelnemers), wat suggereert dat TRPA1 en TRPV1 een rol kunnen spelen bij de symptoom-presentatie van CVS. Interessant is dat analgetica en anti-nociceptieve medicijnen gericht zijn op, respectievelijk, TRPV1 en TRPA1 om de pijn-sensatie te verlichten [tramadol, paracetamol cannabinoïden], en deze medicijnen worden routinematig voorgeschreven aan CVS-patiënten. Misschien zijn deze medicijnen bij CVS wel niet meer doeltreffend omwille van de stoornissen of variaties in deze ion-kanalen.

TRPM-kanalen zijn meestal doorlaatbaar voor magnesium en calcium. Enkel TRPM4 en TRPM5 zijn ondoorlaatbaar voor twee-waardige kationen. TRPM3 is doorlaatbaar voor kationen inclusief Ca2+ en Zn2+. Het doorlaatbaarheid-profiel hangt echter erg af van de tot expressie gebrachte variant. Er werd tot op heden geen erfelijke TRPM3 channelopathie beschreven. TRPM3 bleek betrokken bij inflammatoire pijn syndromen, Reumatoïde Arthritis en afgifte van pro-inflammatoire cytokinen. Aangezien pancreatische [insuline-producerende] β-cellen ook een groot aantal of TRPM3-kanalen dragen, bestaat de kans op verstoringen in de insuline/glucose-regulering bij CVS-patiënten. Metabole verstoring werd sinds lang geïdentificeerd als een kardinaal kenmerk van CVS. Bij mensen werd TRPM3 het meest gekarakteriseerd in het centraal zenuwstelsel en de ogen, waar een mis-sense mutatie [punt-mutatie waarbij een wijziging van één nucleotide resulteert in een ander aminozuur in het proteïne] van het TRPM3 gen ook ten grondslag bleek te liggen aan de ontwikkeling van katarakt en glaucoom. TRPM3 is betrokken bij de detektie van warmte en bij pijn-transmissie. TRPM3-deficiënte muizen vertonen duidelijke gebreken wat betreft hun vermijding-responsen ten aanzien van schadelijke warmte en bij de ontwikkeling van inflammatoire hitte hyper-algesie. Ontregeling van de thermoregulerende responsen werd gerapporteerd bij CVS-patiënten. Veralgemeende pijn is een kenmerk van CVS en treedt op in afwezigheid van weefsel-schade, en dit is suggestief voor mogelijke stoornissen van het centraal zenuwstelsel. [Meeus M, Nijs J. Central sensitization: a biopsychosocial explanation for chronic widespread pain in patients with fibromyalgia and Chronic Fatigue Syndrome. Clin Rheumatol. (2007) 26: 465-473; zie ook ‘Centrale sensitisatie & pijn-behandeling] Aangezien TRPM3 een rol speelt bij nociceptie en thermoregulering, zou het van belang kunnen zijn bij het pathomechansime van CVS. Daarnaast wordt TRPM3 geaktiveerd door pregnenolon-sulfaat [pregnenolon = een endogeen steroïd-hormoon, de voorloper van progestogenen, mineralo- en gluco-corticoïden, androgenen, oestrogenen en neuro-aktieve steroïden], wat suggereert dat het neuro-endocriene effekten heeft en het zou ook betrokken kunnen zijn bij de regulering van glutamaterge signalisering [via de neurotranimitter glumataat] in de hersenen.

Deze preliminaire bevindingen impliceren TRP ion-kanalen bij de etiologie en het pathomechanisme van CVS. Ontregeling van TRPs, inclusief de TRPM3-familie, is waarschijnlijk betrokken bij het vatbaar maken van CVS-patiënten voor stoornissen in het calcium-metabolisme en loopt evenwijdig met de symptoom-presentatie. Mogelijks zullen de ontregelde influx van calcium-ionen in de cellen een impact hebben op een aantal vitale componenten van de cel-regulerende machinerie. Deze componenten omvatten calcium-gevoelige adenylaat-cyclasen [ACs; enzymen van belang bij het energie-metabolisme] en dus cAMP-expressie en -funktie [cyclisch AMP; een signalisering-molekule]. Zo zouden bv. geïsoleerde cel-types, waarvan werd aangetoond dat ze calcium-sensitieve cel-regulerende mechanismen vertonen bij CVS-patiënten, voor verdere opheldering van TRP ion-kanalen en de waarschijnlijke gevolgen bij CVS kunnen zorgen. Bovendien dienen bevolking-analyse van TRP-SNPs wat betreft vatbaarheid voor CVS, alsook onderzoek van de voorgestelde subtypes, te worden overwogen. Dit zal waarschijnlijk van aanzienlijk belang blijken voor de publieke gezondheid, alsook voor researchers bij het bepalen van de rol van TRP ion-kanalen bij de CVS-symptomatologie, -ernst en -voorbestemdheid.

mei 15, 2015

Verhoogde aanwezigheid van 2 mitochondriale DNA polymorfismen bij CVS

Filed under: Genetica — mewetenschap @ 6:39 am
Tags: , , , ,

In onderstaand artikel catalogeren de auteurs M.E.(cvs) als een ‘funktionele ziekte’ (zie hierna voor uitleg over ‘funktionele syndromen’). Mede-auteur Prof. Jonathan Kerr (zie o.a. ook ‘Gebruik van SNPs om gen-expressie te onderscheiden bij M.E.(cvs)-subtypes’) stelt echter in een ‘rapid reponse’ (British Medical Journal 2015; 350:h2087; mei 2015) nog eens dat M.E.(cvs) kan worden getriggerd door infekties, vaccins, enz. en dat bij de pathogenese langdurige immuun-aktivatie betrokken is. Hij stelt ook klaar en duidelijk dat cognitieve gedragtherapie slechts weinigen helpt en dat graduele oefen therapie niet zou mogen worden gebruikt bij M.E.(cvs).

 

Funktionele somatische syndromen (FSS; een term van de psychologische school) – multipele chemische sensitiviteit, ‘sick building’ syndroom, repetitieve stress letsel, bijwerkingen van siliconen borst-implantaten, Golf Oorlog syndroom, chronische ‘whiplash’, Chronische Vermoeidheid Syndroom, prikkelbare darm syndroom, fibromyalgie, enz. – worden gedefinieerd als “lichamelijke syndromen zonder een verklaring voor organische ziekte, aantoonbare strukturele veranderingen of vastgestelde biochemische abnormaliteiten”. Een aantal klinici aanvaarden dat deze aandoeningen reëel zijn. Psychologen/psychiaters stellen echter (pseudo-wetenschappelijk): “Hoewel discrete pathofysiologische oorzaken uiteindelijk kunnen worden aangetoond; wordt bij sommige patiënten met FSS hun lijden verergerd door een zichzelf in stand houdende, zelf-bevestigende cyclus, waarbij courante symptomen foutief worden toegeschreven aan een ernstige abnormaliteit en waardoor het geloof van de patient dat zij/hij een ernstige ziekte heeft, wordt versterkt. Enz.”…

Een funktioneel symptoom is een medisch symptoom dat wordt beschouwd als ontstaan door een probleem in de werking van het zenuwstelsel en niet veroorzaakt door een struktureel probleem of pathologische gedefinieerde ziekte. Het mag uit onze bijdragen hier duidelijk zijn dat er bij M.E.(cvs)wel degelijk strukturele/organische/somatische problemen zijn. FSS is, zoals cvs, een ‘vuilbak-diagnose’. De term wordt hier wellicht gebruikt als synoniem voor ‘onverklaard’ (men erkent de symptomen maar er lijkt niets abnormaals te worden gevonden). De researchers lijken geïnteresseerd om te blijven zoeken naar een verklaring die niet psychologisch is. De criteria waarop de M.E.(cvs)-patiënten werden geselekteerd zijn de Fukuda criteria, weliswaar niet de Canadese Consensus Criteria maar ook niet de Oxford Criteria (waar ook individuen met stemming-stoornissen de diagnose cvs krijgen). De auteurs concluderen ten slotte ook dat de mitosomatische” ziekte (lees: “probleem met de werking van de mitochondrieën”) wellicht een meer accurate term is dan “psychosomatische” ziekte.

Naast het chromosomaal kern-DNA is er in cellen ook zgn. mitochondriaal DNA aanwezig. Dit mtDNA bevindt zich niet in de cel-kern maar in de mitochondrieën. Elk mitochondrion bevat vele circulaire chromosomen die allemaal dezelfde genen bevatten, maar niet steeds identiek zijn (door mutaties en ‘polymorfismen’). Het dubbelstrengig mtDNA bij de mens bevat 37 genen: 22 coderen voor transfer-RNA (van belang bij translatie van mRNA naar eiwitten), 2 voor ribosomaal-RNA (belangrijk bij proteïne-synthese) en de overige 13 voor proteïnen (enzymen betrokken bij de energie-produktie, de belangrijkste taak van het mitochondrion). Het mitochondriaal DNA erft normaal enkel over via de vrouwelijke lijn. De mitochondrieën van de mannelijke zaadcel bevinden zich in de staart, die bij de bevruchting meestal niet de eicel binnentreedt. Een genetische afwijking in het mtDNA van de moeder wordt zodoende overgedragen op alle nakomelingen.

Mitochondriaal DNA bestaat uit amper 16.500 nucleotiden (drie miljard in het nucleair DNA). Polymorfie is het voorkomen van een veranderde nucleotiden-code voor een bepaald gen die bij een dusdanig groot percentage van de populatie voorkomt dat niet meer van een mutatie kan worden gesproken. Volgens de definitie komen polymorfismen bij meer dan 1% van de populatie voor. In geval van gen-veranderingen die meer zeldzaam zijn (voorkomen minder dan 1%), wordt van mutaties gesproken. Polymorfismen kunnen vaak heel kleine varianten zijn van bijvoorbeeld één nucleotide lang (‘single’ nucleotide polymorfiisme of SNP), maar ze kunnen ook veel groter zijn (bv. deleties of duplicaties). Ze ontstaan door een fout tijdens de DNA-replicatie die niet gerepareerd wordt door DNA-herstel-mechanismen. Polymorfismen blijven in een populatie in stand en kunnen zich zelfs uitbreiden, juist doordat ze geen nadeel opleveren voor de vruchtbaarheid van het organisme; zo kan dit polymorfisme hierdoor worden doorgegeven aan het nageslacht. Het door het polymorfisme veranderde gen produceert proteïnen/enzymen met een lagere binding-capaciteit voor haar co-enzyme. Dit kan leiden tot een groot aantal veel-voorkomende ziektebeelden en stoornissen. Daarnaast bestaan er een aantal ras-specifieke polymorfismen.

 

Dit artikel hoort o.i. thuis in de reeks artikels die bewijs leveren voor een genetische overerving van M.E.(cvs) (zie bv. ‘Bewijs dat M.E.(cvs) erfelijk is’, ‘Genetica & epigenetica van vermoeidheid’ & ‘Bewijs voor erfelijke voorbestemming tot CVS’) en rechtvaardigt zeker verder onderzoek naar fouten in het mtDNA bij M.E.(cvs)-patiënten.

————————-

Mitochondrion [pre-print april 2015]

Increased prevalence of two mitochondrial DNA polymorphisms in functional disease: Are we describing different parts of an energy-depleted elephant?

Boles RG1, Zaki EA2, Kerr JR3, Das K2, Biswas S2, Gardner A4

1Division of Medical Genetics and the Saban Research Institute, Children’s Hospital Los Angeles, CA, USA; Department of Pediatrics, Keck School of Medicine at the University of Southern California, Los Angeles, CA, USA

2Division of Medical Genetics and the Saban Research Institute, Children’s Hospital Los Angeles, CA, USA

3Division of Clinical Sciences, St. George’s University of London, Cranmer Terrace, London, United Kingdom

4Department of Clinical Neuroscience, Division of Psychiatry, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden

Samenvatting

Ongeveer 20% van bevolking lijdt aan “funktionele syndromen”. Aangezien deze syndromen grotendeels overlappen in termen van co-morbiditeit, pathofysiologie (inclusief afwijkende autonome aktiviteit) en behandeling-responsen, veronderstelt men dat er gemeenschappelijke voorbestemmende genetische factoren zijn. We hebben eerder aangetoond dat 2 mitochondriale DNA (mtDNA) polymorfismen op plaatsen 16519 en 3010 statistisch geassocieerd zijn met de funktionele syndromen migraine, cyclisch braken syndroom en niet-specifieke abdominale pijn. Hier werd bij individuen van de mtDNA haplogroep H (HgH [zie Methodes]) de aanwezigheid van deze 2 mtDNA polymorfismen vastgesteld in bijkomende funktionele syndromen: Chronische Vermoeidheid Syndroom, complex regionale pijn syndroom, ‘sudden infant death syndrome’ [SIDS; wiegedood] en majeure depressie. De prevalentie van de polymorfismen werd vergeleken tussen ziekte- en controle-groepen, en binnen elke ziekte-groep bij individuen met en zonder klinische bevindingen. Bij elk van de 4 aandoeningen, was één of beide polymorfismen significant geassocieerd met de respectievelijke aandoening en/of co-morbide funktionele symptomatologie. We besluiten dat deze 2 mtDNA-polymorfismen waarschijnlijk het risico op het ontwikkelen van meerdere funktionele syndromen bepaalt en een aandeel vormt van de gepostuleerde gemeenschappelijke genetische factor, ten minste bij individuen met HgH. Bij de pathophysiologie zijn waarschijnlijk brede effekten op het autonoom zenuwstelsel betrokken.

1. Inleiding

“Funktionele” symptomen (o.a. pijn, misselijkheid en vermoeidheid), vormen de voornaamste reden waarom individuen professionele hulp zoeken in de “lichamelijke” en “mentale” gezondheidszorg. De oorzaak is in minstens een derde van de gevallen onverklaard. Prominente funktionele symptomen worden dikwijls toegeschreven aan syndromen op basis van symptoom-clusters aangegeven door consensus-criteria. Sommige funktionele syndromen zijn courant – prevalentie > 10% – bv. migraine en prikkelbare darm syndroom (IBS), terwijl andere minder vaak of zelden voorkomen maar kunnen resulteren in ernstige invaliditeit, bv. Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), cyclisch braken syndroom en complex regionale pijn syndroom (CRPS).

Het samen voorkomen van funktionele syndromen wordt vaak vastgesteld: er werd bv. gerapporteerd dat 67% van de CVS-patiënten ook migraine hebben en 51% ook IBS. Een studie toonde een ‘odds ratio’ [waarschijnlijkheid van het verband tussen aan- of afwezigheid van een bepaalde eigenschap en die van een andere eigenschap in een populatie] van 2,5 voor het familiaal voorkomen van meerdere funktionele syndromen en dat het risico op verschillende funktionele syndromen zicht uitstrekte naar familieleden. De sterke syndroom-overlap bij individuen en in families suggereert de aanwezigheid van gemeenschappelijke genetische factoren. Het breed spectrum van enkele therapeutische middelen tegen meerdere funktionele syndromen ondersteunt dit concept [TCAs, tricyclishe antidepressiva, zoals bv. amitriptyline, imipramine, desipramine, doxepine en trimipramine]. Zou het kunnen dat de opsplitsing van “funktionele” ziekte in verschillende syndromen, dikwijls gedefinieerd door opdeling onder medische sub-specialteiten, dokters “blind” maakt […]?

Twee mogelijke verenigende principes bij funktionele ziekte zijn het autonoom zenuwstelsel en het energie-metabolisme. Afwijkende autonome funktie (dysautonomie [funktie-stoornis van het autonoom zenuwstelsel]) werd gedocumenteerd bij migraine, IBS, CVS [team van Julia Newton: Postural orthostatic tachycardia syndrome is an under-recognized condition in Chronic Fatigue Syndrome. QJM (2008) 101: 961-965; zie ook ander werk op deze paginas], cyclisch braken, CRPS en SIDS; dus is een effekt op autonome mechanismen een plausibel mechanisme voor de werking van een gemeenschappelijke genetische factor. Er werd een afwijkend energie-metabolisme (mitochondriale dysfunktie) aangetoond bij migraine, CRPS, CVS [werk door Sara Myhill et al.; zie ook ‘M.E.(cvs) als Mitochondriale Ziekte’ en elders], cyclisch braken en SIDS. Er werd maternale overerving gerapporteerd bij migraine, cyclisch braken, depressie, IBS en SIDS; wat suggereert dat enkele van de gemeenschappelijke genetische factoren bij funktionele ziekten gecodeerd kunnen liggen op het maternaal overgeërfde, in het cytoplasma gelegen mitochondriaal DNA (mtDNA). Genomische sequentie-bepaling van het volledig mtDNA onthulde zeer statistisch-significante verbanden met de courante polymorfismen 16519T en 3010A bij cyclisch braken. Dezelfde 2 mtDNA-polymorfismen bleken sterk statistisch geassocieerd met migraine […]. De effekten van deze polymorfismen zijn sterk, aangezien de gegevens een prevalentie van 11% voorspellen voor individuen met 16519C, 28% voor individuen met 16519T, 95 en 74% voor individuen met 16519T en 3010A. Volwassenen met IBS wiens afstammelingen een waarschijnlijke maternale overerving vertoonden, bleken significant meer waarschijnlijk 16519T te dragen dan controles of IBS zonder maternale overerving. Verder bleken 3010A en/of het courante mtDNA-polymorfisme 7028T statistisch geassocieerd met IBS, niet-specifieke abdominale pijn en de fysiologische/autonome processen van maag-lediging, verzadiging en rectum-gevoeligheid. SIDS bleek geassocieerd met 16519T.

Het doel van deze studie was om te bepalen of mtDNA sequentie-variatie op plaats 16519 en 3010 geassocieerd zijn met de funktionele en met dysautonomie gerelateerde syndromen CVS en CRPS, en dus aan de basis kunnen liggen van de gedeelde genetische component van funktionele/dysautonome syndromen in het algemeen. We testten ook majeure depressie (MDD) waarbij migraine en IBS, aandoeningen gelinkt met dysautonomie, veelal vorkomen. Hoewel gegevens over co-morbiditeit (door de vroege mortaliteit) niet zeker waren, namen we ook SIDS, wat kan worden beschouwd als een dodelijke dysautonomie, op.

2. Methodes

2.1. Deelnemers

2.1.1. Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS)

De CVS-patiënten waren volwassenen (18-65 jaar) […]. Allen hadden ze een klinische diagnose van CVS gekregen op basis van de CDC criteria (Fukuda et al. 1994). […] Een totaal van 162 deelnemers voldeed aan de criteria en onderging mtDNA haplo-groepering.

[…]

2.2. Molekulaire onderzoeken

[…] Onze eerdere studies werden uitgevoerd bij deelnemers van de courante West-Euraziatische mtDNA haplogroep H (HgH). [haplogroep = groep individuen die worden geklassificeerd a.h.v. het DNA] De experimentele en controle-deelnemers in de huidige studie waren dus ook HgH. De mtDNA haplogroepen geven belangrijke maternale afstamming-lijnen aan die tienduizenden jaren oud zijn. Haplogroep H is goed geschikt voor studies naar genetische associaties omwille van het relatief gebrek aan intra-groep sequentie-variabiliteit (8 polymorfismen per genoom t.o.v. de HgH consensus-sequentie) en de hoge prevalentie. Ca. 35-50% van de Noord-Europeanen en 30-40% van de Europees-Amerikanen dragen HgH. Haplogroep H werd gedefinieerd als de aanwezigheid van een C op positie 7028. […]

2.3. Data-analyse

[…]

3. Resultaten

Meer dan 90% van de individuen in alle 4 de ziekte-groepen waren van Europese afkomst. Genotypering onthulde dat HgH aanwezig was present bij 59/162 (36%) CVS-, 49/139 (35%) CRPS-, 33/82 (40%) SIDS- en 111/295 (38%) MDD-individuen, en deze deelnemers werden dus verder geëvalueerd in deze studie.

3.1. Verband tussen funktionele/dysautonome aandoeningen met individuele mtDNA-polymorfismen

CVS […] statistisch geassocieerd met 16519T met een ‘odds-ratio’ (OR) van 1,8. […]

3.2. Verband tussen co-morbide funktionele symptomatologie binnen elke groep met mtDNA-polymorfismen

In de CVS-groep was 3010A geassocieerd met een substantieel verhoogde rapportering van 6 van de 10 onderzochte funktionele symptomen [hoofdpijn, duizeligheid, spierpijn, spierzwakte, slaapproblemen, tintelingen]. […]

3.3. mtDNA “mitotypes” en funktionele/dysautonome aandoeningen/co-morbide symptomen

Op basis van onze eerdere gegevens dat 16519T en 3010A synergistische as risico-factoren voor cyclisch braken en migraine kunnen zijn, bekeken we alle statistisch significante gegevens in termen van de 4 mogelijke “mitotypes” [mitochondriale haplotypes]: individuen met de 3010G en 16519C polymorfismen (“GC”), 3010G en 16519T (“GT”), 3010A en 16519C (“AC”) or 3010A en 16519T 274 (“AT”). Bij nucleaire genetica wordt naar deze combinaties gerefereerd als haplotypes maar de “haplo” prefix is niet van toepassing voor mtDNA, wat aanwezig is met een hoog ‘copy-number’ [aantal copieën, bij mtDNA: de vele circulaire chromosomen (zie onze inleiding)]. Aangezien mtDNA geen recombinatie ondergaat, zijn mitotypes het resultaat van mutatie, oud of recent.

[…]

4. Bespreking

Onze eerdere en huidige gegevens tonen statistisch-significante verbanden aan tussen courante mtDNA-polymorfismen op posities 3010, 7028 en 16519, alleen en/of in combinatie, en 7 op 7 funktionele en/of dysautonome syndromen die tot op heden werden getest, o.a. CVS. MDD is geen funktionele of dysautonome aandoening zoals de 7 andere, maar is geassocieerd met enkele dysautonome syndromen/symptomen. Overéénkomstig daarmee gaven onze gegevens geen associatie van de of 3 polymorfismen met MDD zelf aan, maar er was een associatie met dysautonome co-morbiditeit bij individuen met MDD.

Het ontwikkelen van dysautonomie kan worden beïnvloed door bepaalde mtDNA-polymorfismen die, alleen of gecombineerd, bij voorkeur de autonome neuronale fysiologie beïnvloeden. Funktionele en met dysautonomie gerelateerde aandoeningen worden dikwijls gerapporteerd bij mitochondriale aandoeningen [Evidence of cardiovascular autonomic impairment in mitochondrial disorders. J. Neurol. (2007) 254: 1498-1503] en bij deze stoornissen werd selektieve schade aan autonome vezels voorgesteld. Preferentiële effekten kunnen te wijten zijn aan een “verkeer-opstopping” zoals gerapporteerd bij neuronale processen als mitochondrieën vergroten (zwellen) of van vorm veranderen, wat courante fenomenen zijn bij mitochondriale dysfunktie. C-vezels zijn ongemyeliniseerde afferenten die vezels omvatten in het autonoom zenuwstelsel en vezels die sensorische informatie overdragen die van belang zijn bij neuropathische pijn. [Pijn-prikkels worden voornamelijk gegenereerd door sensorische zenuw-uiteinden van ongemyeliniseerde Aδ- (snelle transmissie) en dun-gemyeliniseerde (trage transmissie) C-vezels.] C-vezels zijn zeer fijn met diameters tussen 0,2 tot 1,5 μm, terwijl axonale mitochondrieën “sigaar-vormig” zijn met een diameter van 0,5 μm en 1-3 μm lang. Bioptie-gegevens van patiënten met funktionele syndromen zijn schaars maar mitochondriaal pleomorfisme [variabiliteit qua grootte en vorm], reuze-mitochondrieën en andere vorm-variaties werden gerapporteerd bij migraine, CVS en fibromyalgie [Behan WM, More IA, Behan PO. Mitochondrial abnormalities in the post-viral fatigue syndrome. Acta Neuropathol. (1991) 83: 61-65 /// Sprott H et al. Increased DNA-fragmentation and ultrastructural changes in fibromyalgic muscle fibres. Ann. Rheum. Dis. (2004) 63: 245-251]. Degeneratie van C-vezels was de enige histopathologische zenuw-abnormaliteit die werd aangetoond in een studie bij CRPS. Daarnaast werd C-vezel neuropathie aangetoond bij fibromyalgie [Giannoccaro MP et al. Small nerve fibre involvement in patients referred for fibromyalgia. Muscle Nerve (2014) 49: 757-759; zie ook ‘Small-fibre’ polyneuropathie i.p.v. fibromyalgie] alsook autonome stoornissen, een aandoening die sterk overlapt met migraine, CVS en IBS.

Onze bevindingen zijn waarschijnlijk niet het resultaat van verstorende factoren bij de keuze van onze controles. Onze HgH controle-groep voor de molekulaire onderzoeken studies is groot en komt voornamelijk uit de V.S. en het V.K., met slechts een klein aantal van het Europees continent. De polymorfisme-frequenties van 16519T en 3010A zijn erg gelijkend bij HgH-populaties in Noord-Amerika, het Verenigd Koninkrijk en het Europees continent, en er werden sterk overéénkomende frequenties gevonden bij HgH-controles die we in onze controle-groep opnamen: bloed-donoren uit London (16519T 8/31 = 26%; 3010A 9/31 = 29%). Hoewel de grootte van de groepen relatief klein is voor sommige aandoeningen, zijn veel van de P-waarden extreem significant, wat een argument is tegen type-I fouten in de meeste gevallen. Het is onwaarschijnlijk dat veelvuldig testen de oorzaak is van onze resultaten, aangezien slechts 2 polymorfismen hier werden geëvalueerd. Co-morbiditeit associaties bij de CVS-, MDD- en CRPS-groepen werd getemperd door veelvuldig testen (10-16 condities getest per syndroom). De meerderheid van de vergelijkingen waren echter significant voor CVS. Onze populatie controle-groep bestaat uit “gezonde” individuen uit gepubliceerde databases en er is geen klinische informatie beschikbaar. Het is echter onwaarschijnlijk dat sommige van deze individuen lijden aan relatief courante aandoeningen zoals depressie. Dit zou de nul-hypothese ondersteunen en dus zouden onze ‘odds ratios’ onderschat kunnen zijn, in het bijzonder voor de minder ernstige fenotypes.

De belangrijkste beperking van deze studie is dat gegevens werden verkregen bij de 30-50% van de Europese Noord-Amerikanen/Europeanen met HgH. Daardoor lieten we een groot aantal individuen vallen en verhoogde de toepasbaarheid voor substantieel grotere genotypische homogeniteit en statistische ‘power’. Hoewel enkel haplogroep H werd bestudeerd, worden 16519T en 3010A gevonden bij individuen met een groot aantal haplogroepen en in bij alle rassen. Bij Europese Amerikanen is 16519T is eigenlijk lichtjes meer courant bij individuen die niet tot haplogroep H behoren. Het effekt van deze polymorfismen zou al dan niet afhankelijk kunnen zijn van de achterliggende haplogroep en verdere studies bij een veel grotere groep deelnemers met gevarieerde haplogroepen is vereist.

Het 16519 polymorfisme bleek bio-energetica betrokken bij inspanning te beïnvloeden [Murakami H et al. Polymorphisms in control-region of mtDNA relates to individual differences in endurance capacity or trainability. Jpn. J. Physiol. (2002) 52: 247-256]. Dat polymorfisme ligt in de omgeving van het controle-gebied betrokken bij mtDNA-replicatie, terwijl het 3010 polymorfisme in het 16S ribosomaal RNA gen ligt. Het is onduidelijk hoe deze polymorfismen geassocieerd zijn met funktionele/dysautonome ziekte; hun lokaties suggereren echter dat pathologie het resultaat kan zijn van een gedaald ‘copy-number’ van mitochondriaal gecodeerde subunits van de ademhaling-keten.

Onze bevindingen hebben potentiële klinische implicaties. Bepaalde medicijnen [tricyclisch antidepressiva] worden aangewend om veel van de funktionele syndromen te behandelen en zouden werkzaam kunnen zijn bij deze aandoeningen door lichtjes de mitochondriale oxidatie van fosforylatie te ontkoppelen, zoals werd gerapporteerd voor de tricyclische medicijnen imipramine en chlorimipramine. Men zou kunnen voorspellen dat dit de vorming van vrije radikalen (door een elektron-transport-keten die slechter werkt door een laag ‘copy-number’ mtDNA-gecodeerde subunits) doet verminderen wanneer de energie-vereisten hoog zijn (bv. psychologische en fysiologische stress). Er werd gesuggereerd dat een ander tricyclisch medicijn, nortriptyline, neuroprotectief is omwille van zijn vermogen om zuurstof/glucose-deprivatie, geïnduceerde cel-dood, verlies van mitochondriaal membraan-potentiaal en downstream afgifte van mitochondriale factoren te inhiberen. Op mitochondrieën gerichte therapieën, inclusief 2 co-factoren vereist voor elektron-transport: co-enzyme Q10 en riboflavine, zijn behandel-opties bij meerdere funktionele syndromen. Er werden succesvolle klinische proeven gerapporteerd met co-enzyme Q10 en riboflavine bij migraine en de doeltreffendheid van co-enzyme Q10 werd gesuggereerd in studies bij CVS. Farmacologische supplementering-niveaus kunnen, hypothetisch, gedeeltelijk een laag aantal ademhaling-keten-complexen veroorzaakt door 16519 en 3010 polymorfismen compenseren. Bijkomende klinische proeven zijn aangewezen. Aangezien co-factor therapie geen of milde bijwerkingen heeft, wetenschappelijk onderbouwd is, doeltreffend werd bewezen bij funktionele ziekte en veel wordt gebruikt, kunnen klinici echter overwegen om het aan te wenden bij deze moeilijk te behandelen funktionele syndromen.

We besluiten dat de courante mtDNA-polymorfismen op plaatsen 16519 en 3010 onderdeel uitmaken van de genetische factor die individuen voorbestemt, minstens die van de mtDNA haplogroep H, tot het ontwikkelen van vele “funktionele” syndromen en symptomen. De associatie is sterker voor 16519, waarbij het T allel geassocieerd blijkt met cyclisch braken, vormen van migraine, CVS, CRPS en vormen van SIDS. Een ogenschijnlijk verband met 3010 is voorlopiger en zou afhankelijk kunnen zijn van het 16519 genotype. We hypothiseren dat de verbijsterende overvloed aan symptomen te wijten zou kunnen zijn aan een stoornis van de kleine vezels (autonome en nociceptieve zenuwen).

Hoewel het energie-metabolisme waarschijnlijk één van meerdere factoren in de pathogenese van “funktionele” symptomatologie is, stellen we voor dat “mitosomatische” ziekte wellicht een meer accurate term is dan “psychosomatische” ziekte, een term die dikwijls wordt toegepast voor funktionele syndromen. […].

mei 1, 2015

Abnormale AMPK-aktivatie & glucose-opname in spiercellen bij CVS

Filed under: Celbiologie,Inspanning — mewetenschap @ 7:24 am
Tags: , , , , , ,

Een onderzoeksteam van de ‘Newcastle University’ o.l.v. Prof. Julia Newton toont hier aan dat er iets ‘mis’ is met het spierweefsel zelf bij M.E.(cvs). Bij inspanning reageren de spiercellen van patiënten duidelijk helemaal anders dan die van gezonde controles. De resultaten zetten grote vraagtekens bij de bewering als zou de ziekte een psychologische aandoening zijn want de gevonden (lange-termijn) veranderingen in de spieren blijven bestaan bij in vitro (in proefbuizen) onderzoek. In een proefbuis is er bv. geen “bewegingsangst”.

De researchers suggereren dat het zou kunnen gaan om een (epi)genetische wijziging, dat de gen-expressie in deze cellen is veranderd. Er wordt niet gespeculeerd over wat de oorzaak van een (epi)genetisch mechanisme zou zijn. Bij aankondiging van de preliminaire bevindingen van dit onderzoek (enkele jaren voor publicatie), meldde Newton dat spier-weefsel van M.E.(cvs) een abnormale lacaat-accumulatie in respons op inspanning (in vitro) vertoont en dat dit consistent is met de bevindingen van haar MRI-studie (Journal of Internal Medicine 267 (2010) 394-401. Abnormalities in pH-handling by peripheral muscle and potential regulation by the autonomic nervous system in Chronic Fatigue Syndrome; zie ‘Abnormale zuur-verwerking in spieren bij CVS’). Hier wordt echter niks gezegd over lactaat-waarden…

Uit een biopt van een spier aan de voorzijde van het dijbeen werden skelet-spier-cellen geïsoleerd. Er werd elektrische puls stimulatie (EPS) toegepast om een inspanning te simuleren – daarbij worden myotubes (zich ontwikkelende skelet-spier-vezels met een buisvormig uitzicht; bij myogenese – de vorming van spier-weefsel – worden spier-vezels gevormd door fusie van myoblasten (voorlopers van spier-cellen) tot meer-kernige vezels, de myotubes) in cultuur gezet en contracties geïnduceerd – en het effekt op de cellen zelf bekeken. Dit gebeurt allemaal onder dezelfde gestandaardiseerde omstandigheden, zodat verschillen de wijzigingen bij patiënten t.o.v. controles weerspiegelen.

De voornaamste bevindingen: (a) AMPK (AMP-geaktiveerd kinase, een energie-voelend alarm-proteïne dat een dreigende energie-crisis in de cel voorkomt) en glucose-opname (belangrijk voor energie-produktie) verhoogde niet bij M.E.(cvs); (b) De secretie van interleukine-6 (cytokine betrokken bij inflammatie; bij inspanning door spieren geproduceerd om herstel te bevorderen – ‘p38 MAPK-induced nuclear factor-kappaB activity is required for skeletal muscle differentiation: role of interleukin-6’. Molecular biology of the Cell (2004) 15: 2013-26), was significant verminderd bij in M.E.(cvs); (c) De expressie van myogenine (dat ontwikkeling en herstel van skelet-spieren coördineert) was hoger bij M.E.(cvs), zelfs zonder ‘inspanning’.

Het feit dat de de cel-culturen van M.E.(cvs) niet in staat bleken de opname van glucose te verhogen in respons op ‘inspanning’ weerspiegelt waarschijnlijk de verstoorde aktivatie van AMPK, een complex enzyme. Alle levende cellen moeten een hoge verhouding ATP/ADP aanhouden, als ze willen overleven. In gezonde cellen wordt ADP en fosfaat omgezet naar normale waarden ATP (‘opladen’); anderzijds verkrijgen cellulaire processen hun energie door het omzetten van ATP naar ADP en fosfaat (‘ontladen’). Deze processen worden in evenwicht gehouden door gesofisticeerde regulerende systemen. Het AMPK-systeem speelt een belangrijke rol als sensor voor de cellulaire energie-status. Zoals de auteurs aangeven: het gebrek aan aktivatie van AMPK tijdens ‘inspanning’ in spiercellen bij M.E.(cvs) duidt op een abnormaliteit op het niveau van AMPK of in andere regulerende enzymen.

————————-

PLOS One (April 2015)

Abnormalities of AMPK Activation and Glucose Uptake in Cultured Skeletal Muscle Cells from Individuals with Chronic Fatigue Syndrome

Audrey E. Brown (1), David E. Jones (1,2), Mark Walker (1,2), Julia L. Newton (2,3)

1 Institute of Cellular Medicine, William Leech Building, Medical School, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, United Kingdom

2 Newcastle Hospitals, NHS Foundation Trust, Newcastle upon Tyne, United Kingdom

3 Institute for Ageing and Health, Campus for Ageing and Vitality, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, United Kingdom

Samenvatting

Achtergrond Post-exertionele spier-vermoeidheid is een sleutel-kenmerk bij Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS). Er werden abnormaliteiten in de werking van skelet-spieren geïdentificeerd bij sommige maar niet alle patiënten met CVS. Om te proberen de mogelijke verstorende factoren te beperken die zouden kunnen bijdragen tot deze klinische heterogeniteit, ontwikkelden we een nieuw in vitro systeem dat vergelijking van AMP-kinase (AMPK) aktivatie en metabole responsen op inspanning in gecultiveerde skelet-spier-cellen van CVS-patiënten en controle-individuen toelaat.

Methodes Er werden culturen van skelet-spier-cellen opgezet van 10 individuen met CVS en 7 voor leeftijd gematchte controles, waarop elektrische puls stimulatie (EPS) werd toegepast gedurende 24h en werd onderzocht op veranderingen geassocieerd met inspanning.

Resultaten In de basale toestand, vertoonden CVS-culturen verhoogde myogenine-expressie maar gedaalde IL-6 secretie tijdens differentiatie, vergeleken met de controle-culturen. Controle-culturen onderworpen aan 16h EPS vertoonden een significante toename van AMPK-fosforylatie en glucose-opname vergeleken met ongestimuleerde cellen. In tegenstelling daarmee vertoonden CVS-culturen geen toename qua AMPK-fosforylatie of glucose-opname na 16h EPS. De glucose-opname bleef echter responsief op insuline in de CVS-cellen, wat wijst op een inspanning-gerelateerd defekt. De IL-6 secretie in respons op EPS was significant gereduceerd bij CVS vergeleken met controle-culturen op alle gemeten tijdstippen.

Besluit EPS is een doeltreffend model voor het opwekken van spier-contractie en de metabole veranderingen die gepaard gaan met inspanning in gecultiveerde skelet-spier-cellen. We vonden 4 belangrijke verschillen in gecultiveerde skelet-spier-cellen van individuen met CVS: verhoogde myogenine-expressie in de basale toestand, verstoorde aktivatie van AMPK, verstoorde stimulatie van glucose-opname en verminderde afgifte van IL-6. Het vinden van deze verschillen in gecultiveerde skelet-spier-cellen van CVS-individuen wijst op een genetisch/epigenetisch mechanisme, en biedt een systeem om nieuwe therapeutische doelwitten te identificeren.

Inleiding

[…]

Vermoeide skelet-spieren zijn een sleutel-kenmerk bij CVS en studies wijzen op spier-funktie abnormaliteiten bij mensen met CVS [Loss of capacity to recover from acidosis on repeat exercise in Chronic Fatigue Syndrome: a case-control study. European Journal of Clinical Investigation (2012) 42:186-94; zie ‘ Geen herstel van acidose na herhaalde inspanning bij CVS] met gelijkaardige bevindingen als bij met vermoeidheid geassocieerde chronische ziekten. Gebruikmakend van nieuwe magnetische resonantie spectroscopie technieken voor spieren, hebben studies aangetoond dat als CVS-patiënten zich inspannen, sommigen grote hoeveelheden zuur in hun spieren genereren en moeilijkheden hebben dit te verwijderen na het beeïndigen van de inspanning. De respons op inspanning bij CVS-patiënten is echter heterogeen (wisselend engagement en een variabele metabole respons). Dus: hoewel er enig bewijs is voor een spier-specifiek defekt, werd er geen scherp-omlijnde, consistente abnormaliteit gevonden. Om dit aan te pakken, hebben we een inspanning-systeem ontworpen om de metabole respons van skelet-spier-cellen in vitro te onderzoeken. Op die manier waren we in staat de spier-cel funktie te bestuderen onder gestandaardiseerde omstandigheden (waarbij de effekten kunnen worden vermeden van mogelijke storende factoren die in vivo kunnen optreden, en het engagement en respons op inspanning kunnen beïnvloeden).

Er werd een aantal artikels gepubliceerd waarin de ontwikkeling van een methode voor het induceren van contracties in skelet-spier-cellen d.m.v. elektrische puls stimulatie (EPS) wordt beschreven. Er werd in skelet-spier myotubes van muizen getoond dat EPS de sarcomeer-montage kan versnellen via de inductie van verhogingen van Ca2+ in de cellen. [De eiwitten die een rol spelen bij samentrekking zijn opgebouwd uit actine- en myosine-molekulen en liggen binnen de spiervezels in bundeltjes gerangschikt (de myofibrillen). Deze bundels vertonen in de lengte-doorsnede een dwarsgestreept patroon. De strepen noemen we Z-lijnen. De dwarse streping ontstaat door de regelmatige opbouw van de myofibrillen: actine- en myosine-filamenten wisselen elkaar af. Binnen een myofibril noemen we de afstand van een Z-lijn tot een volgende Z-lijn een sarcomeer.] In dit model bleek EPS ook AMP-kinase (AMPK) te aktiveren, glucose-transport te verhogen en de afgifte van chemokinen (inclusief IL-6) te versterken. EPS werd ook beschreven in menselijke primaire skelet-spier-myotubes. Verhoogde sarcomeer-montage, AMPK-aktivatie, gestegen glycolyse en glucose-opname, en verhoogde chemokine-expressie zijn de sleutel-kenmerken van dit model. Deze gegevens wijzen er op dat EPS een geschikt model is voor het onderzoeken van inspanning-gerelateerde responsen in gecultiveerde cellen.

In de huidige studie was het doel elektrische puls stimulatie te gebruiken om de spier-funktie te onderzoeken gebruikmakend van gecultiveerde skelet-spier-cellen van patiënten met CVS en gezonde controles. De spier-cel-culturen zijn afgeleid van de satelliet-cellen [endogene stamcellen in de skelet-spieren die verantwoordelijk zijn voor het intrinsieke regeneratie-vermogen van de spieren] geïsoleerd uit een spier-biopt. De geïsoleerde cellen vormen eerst éénkernige myoblasten en kunnen dan worden gedifferentieerd in meer-kernige myotubes die de sleutel-kenmerken van rijpe spier-cellen vertonen. Aantrekkelijk bij het gebruik van spier-cel-culturen is dat ze worden blootgesteld aan gestandaardiseerde condities, zodat de verschillen die opduiken tussen CVS en controle, de veranderingen in de gecultiveerde cellen zullen weerspiegelen. Veranderingen die dan waarschijnlijk een epigenetische/genetische basis hebben.

Ontwerp en Methodes

Individuen

Er werden spier-biopten verkregen van 10 patiënten met de diagnose van Chronische Vermoeidheid Syndroom [Fukuda criteria] en 7 gezonde controles. De groepen waren gematcht voor leeftijd en omvatten mannen en vrouwen. […]

[…]

Resultaten

Karakterisatie van de differentiatie-capaciteit van skelet-spier-cellen

De hoeveelheid desmine-positieve cellen – percentage van het totaal aantal cellen […]. Er waren geen significante verschillen tussen controles en CVS (88,9 ± 7,8% vs 90,7 ± 9,2%, p = 0.5003). [desmine = spier-specifiek proteïne]

[…] Hoewel er geen statistische verschillen waren qua lengte en diameter [van de spiercellen; 7 dagen na initiatie van de differentiatie], was het oppervlak significant gereduceerd bij CVS t.o.v. controles (P < 0.0001). Er was geen verschil qua aantal myotubes op dat tijdstip. […].

De differentiatie-capaciteit van de gecultiveerde skelet-spier-cellen werd bepaald […] analyse voor myogenine (MYOG) expressie en IL-6 release in het cultuur-medium. MYOG is een regulerende factor bij myogenese die vereist is voor de differentiatie [proces waarbij een cel verandert van het één cel-type naar een ander] naar het finaal stadium van myotubes, terwijl IL-6 een cytokine is dat wordt geproduceerd door skelet-spieren en een rol kan spelen bij spier-cel proliferatie [cel-groei] en differentiatie. MYOG expressie […] vertoonde geen verschillen 24h na initiatie van de differentiatie maar na 72h en 7 dagen was de MYOG expressie significant verhoogd bij CVS t.o.v. controles (telkens p < 0.0001). De meting van IL-6 afgifte was vergelijkbaar na 24h en 72h maar na 7 dagen was de IL-6 release significant gedaald bij CVS vergeleken met controles (p < 0.05).

Ontwikkeling van inspanning cel-cultuur systeem

Er werd elektrische puls stimulatie (EPS) gebruikt om contractie van gecultiveerde myotubes te induceren. […] AMP-geaktiveerd proteïne kinase (AMPK) is een cellulaire energie-sensor die wordt geaktiveerd door een lage energie-status, zoals bij inspanning. Aktivatie van AMPK wordt bepaald m.b.v. specifieke antilichamen. In controle-culturen bleek de fosforylatie te stijgen bij EPS en was deze significant verhoogd na 16h (p = 0.006). In tegenstelling daarmee vertoonden CVS-culturen (onderworpen aan hetzelfde EPS-protocol) geen aktivatie van AMPK. De expressie van de ‘heavy chain’ van het proteïne myosine [van belang bij spier-samentrekking] bleek onveranderd door EPS bij controles of CVS […].

De cytotoxische effekten van het EPS-protocol werden bepaald door het meten van de afgifte van lactaat-dehydrogenase (LDH) in het medium. […] Er waren geen statistische verschillen tussen de 2 groepen.

[…]

Het effekt van inspanning en insuline op glucose-opname

Contractie verhoogt de opname van glucose in de spier-cellen op een insuline-onafhankelijke manier; daarom werd het effekt van het EPS-protocol op het glucose-metabolisme onderzocht via het meten van de opname van 2-deoxyglucose in de cellen in afwezigheid van insuline. Bij controle-cellen onder non-EPS condities was de insuline-gestimuleerde glucose-opname 1,3 maal verhoogde t.o.v. basale waarden (447,1 ± 25,3 pmol/min/mg vs 333,5 ± 20,2 pmol/min/mg, p < 0.0005). Na 16h EPS, verhoogde de glucose-opname tot 550,4 ± 35,9 pmol/min/mg (p < 0.0001 vs basaal), terwijl insuline een bijkomend effekt gaf in combinatie met EPS (verhoging tot 746,1 ± 70,9 pmol/min/mg (p < 0.005 vs enkel insuline). Bij non-EPS en EPS condities was de insuline-gestimuleerde glucose-opname in de CVS-culturen significant verhoogd (beide p < 0.0005). 16h EPS verhoogde de glucose-opname in aan- of afwezigheid van insuline niet, wat er op wijst dat de CVS-culturen niet in staat waren de glucose-opname in respons op inspanning te verhogen. Dit is consistent met de afwezigheid van AMPK-aktivatie. Zowel de basale als de insuline-gestimuleerde glucose-opname waren significant verhoogd bij CVS t.o.v. controles (p = 0.001 en p<0.05). Dit verandert echter niets aan de bevinding dat CVS niet in staat waren de glucose-opname in respons op EPS te verhogen, aangezien een toename qua glucose-opname werd gezien in aanwezigheid van insuline, wat er op wijst dat de cellen niet maximaal gestimuleerd waren in de basale toestand.

IL-6 secretie na spier-contractie

Skelet-spieren produceren IL-6 in respons op samentrekking. Controle-cellen vertoonden geen veranderingen qua IL-6 secretie na 4h EPS maar die was wel significant verhoogd na 24h (p < 0.001, vs ongestimuleerd). In de CVS-groep vertoonde de IL-6 secretie hetzelfde patroon maar de afgifte was op alle tijdstippen significant gedaald t.o.v. controles (p < 0.05 vs controle). Dit weerspiegelt de verminderde basale IL-6 afgifte die eerder werd geobserveerd.

Bespreking

We hebben elektrische puls stimulatie gebruikt om kern-aspecten van het inspanning-fenotype te genereren in gecultiveerde menselijke skelet-spier-cellen. We toonden dat EPS van gecultiveerde spier-cellen van gezonde controle-individuen resulteerde in de aktivatie van AMPK en myotube-contractie, karakteristieke kenmerken van inspanning-leverende spieren. Met dit inspanning-model vonden we 2 defekten in gecultiveerde skelet-spier-cellen van individuen met CVS: verstoorde aktivatie van AMPK en verzwakte stimulatie van glucose-opname. Interessant is dat de glucose-opname in respons op insuline normaal was in de CVS-culturen, wat wijst op een specifiek inspanning-gerelateerd defekt. De CVS- en controle-culturen werden onder identieke omstandigheden bestudeerd, wat het zeer waarschijnlijk maakt dat de defekten in de CVS-culturen een epigenetische en/of genetische basis hebben.

De afgifte van IL-6 was vergelijkbaar met controles tot 72h na initiatie van de differentiatie maar was significant gedaald op dag 7 bij de CVS myotube-culturen (vóór en tijdens contractie). Eerdere studies hebben geen verschil aangetoond qua circulerend IL-6 in rust of na een sub-maximale inspanning bij patiënten met CVS. Circulerend IL-6 weerspiegelt echter waarschijnlijk de release door meerdere weefsels. De studie die we hier beschrijven is de eerste die IL-6 onderzoekt dat specifiek door skelet-spier-cellen wordt afgegeven bij patiënten met CVS. Het belang van deze verminderde afgifte van IL-6 in een later stadium van de of spier-cel differentiatie is niet duidelijk. Acute blootstelling van spier-cellen aan IL-6 en andere pro-inflammatoire cytokinen zoals tumor necrose factor alfa (TNFα) bleek eerder een rol bij myogenese in skelet-spieren te spelen. Er werd aangetoond dat behandeling van muis myoblasten gedurende 24h met TNFα in combinatie met IL-6 myoblast-proliferatie bevordert. IL-6 bleek ook belangrijk bij in satelliet-cel proliferatie in vivo bij muizen […].

MYOG gen-expressie was significant verhoogd op 72h en 7 dagen na initiatie van differentiatie in de CVS-culturen vergeleken met controles. MYOG is een myogene regulerende factor die een kritieke rol speelt bij myoblast-differentiatie en is een merker voor terminale differentiatie. MYOG expressie neigt te stijgen gedurende de differentiatie, met een piek op 72-96h na initiatie. Verhoogde MYOG expressie bleek geassocieerd met verhoogde afgifte van het IL-6 en versterkte myotube-vorming in gecultiveerde muizen spier-cellen. In de huidige studie was de verhoogde MYOG expressie geassocieerd met een vermindering van de afgifte van IL-6 7 dagen na initiatie van de differentiatie in de CVS-culturen. Belangrijk: zowel controle- als CVS-culturen differentieerden gedurende een zelfde tijdspanne en onder gestandaardiseerde condities vóór de EPS-studies. MYOG expressie bleek betrokken bij de inspanning-capaciteit van skelet-spieren. Een muizen-model voor myogenine-depletie toonde een verhoogde inspanning-capaciteit […]. Muizen zonder het MYOG gen hadden een verhoogde aërobe capaciteit […]. Het is daarom mogelijk dat verhoogde myogenine-expressie een negatieve impact heeft op inspanning-capaciteit. Consistent met onze bevindingen toonde een vroegere studie aan dat – in een muizen-model met over-expressie van myogenine – verhoogde myogenine-expressie geassocieerd was met een kleiner myofiber-oppervlak. [myobiber = cylindrische, meer-kernige cel opgebouwd uit talrijke myofibrillen die samentrekken als ze wordt gestimuleerd]

Het gebrek aan aktivatie van AMPK tijdens EPS in spier-cellen van CVS-patiënten wijst op een spier-abnormaliteit op het niveau van, of upstream van, AMPK. AMPK is een proteïne-complex samengesteld uit een katalytische α-subunit en regulerende β- en γ-subunits. Onder normale fysiologische omstandigheden wordt AMPK geaktiveerd tijdens spier-contractie. Processen – zoals spier-contractie – die de AMP:ATP verhouding verhogen, bevorderen fosforylatie van AMPK […] door de binding van AMP (of ADP) op de γ subunit van AMPK. Upstream van AMPK fosforyleert lever kinase-B1 (LKB1) AMPK in de most cel-types. Het Ca2+/calmoduline-afhankelijk kinase kinase (CaMKK) kan in sommige cellen ook AMPK fosforyleren op een Ca2+-afhankelijke manier. […]. Deze kinasen upstream van AMPK vereisen verder onderzoek in onze groep CVS-individuen en de beschikbaarheid van ons in vitro spier-systeem zal een snel onderzoek naar potentiële therapieën en klinische testen toelaten.

Er is bewijsmateriaal dat suggereert dat IL-6 AMPK aktiveert. In skelet-spieren van muizen zonder IL-6 was – na 60 min inspanning – de fosforylatie van AMPK significant gereduceerd vergeleken met controles. Deze studie toonde ook dat incubatie van spieren van muizen met IL-6 direct AMPK-fosforylatie verhoogde. Er werd ook voorgesteld dat IL-6 AMPK aktiveert door het verhogen van cAMP en de AMP:ATP ratio. Het precieze mechanisme dat hierbij betrokken is, is echter nog onbekend. Bij mensen werd aangetoond dat de afgifte van IL-6 door been-spieren significant correleert met AMPK-aktiviteit tijdens een inspanning op een fiets-ergometer. Of verminderde afgifte van IL-6 door de CVS spier-culturen bijdraagt tot de verstoorde aktivatie van AMPK vergt verder onderzoek. Er is echter ook bewijsmateriaal dat suggereert dat AMPK de afgifte van IL-6 door skelet-spieren kan reguleren.

Elektrische puls stimulatie biedt een in vitro systeem dat pre-klinische testen toelaat met molekulen die de biochemische abnormaliteiten die worden gezien zouden kunnen manipuleren. Het bestuderen van deze gebieden van het metabool mechanisme die verstoord zijn bij patiënten met CVS en hoe deze farmacologische zouden kunnen worden gemanipuleerd, geeft opportuniteiten om snel, bestaande of nieuwe therapieën in klinische trials te kunnen testen bij CVS. Naast dit pre-klinisch experimenteel systeem dat ons toelaat beter de fysiologische basis van CVS te begrijpen, zou het een kans kunnen zijn om de pathogenese van vermoeidheid in ander met vermoeidheid geassocieerde chronische ziekten te exploreren. Terwijl éénlagige culturen een goed model zijn voor het bestuderen van de respons op inspanning in vitro, is een mogelijke beperking van het model dat bij 2D culturen de myotubes niet volledig in dezelfde richting liggen. Een manier om dit aan te pakken, is het ontwikkelen van een 3D cel-cultuur-systeem. […]

Studies suggereren dat graduele oefen therapie (GOT) voordelen heeft voor patiënten met CVS, hoewel deze klein zijn. CVS-patiënten voelen dikwijls dat inspanning hun symptomen integendeel verergert. Onze MRS-studies suggereerden dat er minstens 2 spier-fenotypes zijn voor de ganse op symptomen gebaseerde diagnostische klassificatie van CVS. Dit kan, gedeeltelijk, het beperkt nut voor GOT verklaren. We geloven dat de resultaten van de huidige studie verder de mogelijkheid van een perifere component voor CVS benadrukken, alsook de noodzaak om de spier-fenotypes van CVS te karakteriseren, vooraleer inspanning voor te schrijven. Er is verder werk vereist om de biochemische abnormaliteiten in spieren bij CVS en de impact die inspanning daarop kan hebben, te begrijpen.

Tot besluit: ‘alternating frequency’ EPS [afwisseling van pulsen met hoge en lage frequentie] is een doeltreffend model voor het opwekken van spier-contractie en de metabole veranderingen geassocieerd met inspanning. De verstoorde AMPK-aktivatie en glucose-opname in respons op EPS wijzen in de richting van een primaire abnormaliteit in de spieren van CVS-patiënten. De mechanismen betrokken bij de aktivatie van of AMPK bij mensen met CVS en met vermoeidheid geassocieerde chronische ziekten vereisen verder onderzoek.

————————-

Er worden enkele aanwijzingen gegeven voor welke kinasen upstream van AMPK men zou kunnen onderzoeken.

Ons lijkt Nucleaire factor-kappaB (NF-κB) – waar we al meermaals op deze paginas naar verwezen – ook hier een belangrijke rol te spelen. Uit de samenvatting van ‘Regulation of IkappaB kinase and NF-kappaB in contracting adult rat skeletal muscle’ (Am J Physiol Cell Physiol. (2005) 289: C794-801):

>>Nucleaire factor-kappaB (NF-κB) is een transcriptie-factor met belangrijke rollen bij het reguleren van aangeboren immuniteit en inflammatoire responsen. NF-κB wordt geaktiveerd door de fosforylatie van zijn inhibitor, IkappaB, door het IkappaB-kinase (IKK) complex. Fysieke inspanning veroorzaakt wijzigingen in de gen-expressie van skelet-spieren, toch blijven de betrokken signalisering-cascades en transcriptie-factoren grotendeels onbekend. […]. [bij ratten] Inspanning resulteerde in tot tweevoudige stijging qua IKKalfa/beta-fosforylatie in spieren. […]. Bijkomende kinasen die worden geaktiveerd door inspanning omvatten p38, ‘extracellular-signal regulated protein kinase’ [ERK] en ‘AMP-activated protein kinase’ [AMPK]. De resultaten suggereren dat deze kinasen de aktivatie van IKK en NF-κB kunenn beïnvloeden tijdens inspanning. 5-aminoimidazole-4-carboxamide-1-beta-D-ribofuranoside, een aktivator van AMPK, had geen effekt op IKK noch NF-κB aktiviteit. […]<<

april 15, 2015

Cytokine netwerk-analyse van het cerebrospinaal vocht bij M.E.(cvs)

Filed under: Immunologie — mewetenschap @ 7:16 am
Tags: , , , ,

Uit het persbericht door de ‘Columbia University’ (www.mailman.columbia.edu) omtrent onderstaand artikel leren we dat de M.E.(cvs)-patiënten uit de studie gemiddeld 7 jaar ziek waren en ze zouden dus behoren tot de groep patiënten met lang-durende ziekte (klassificatie uit de vorige studie van dit team – zie Afzonderlijke immuun-signaturen bij vroege & late M.E.(cvs)’). Er wordt gemeld dat – in het hersenvocht – de meeste cytokinen, inclusief interleukine-1 (de IL-1 superfamilie omvat IL-1α, IL-1β, IL-1RA), “onderdrukt” waren bij individuen met M.E.(cvs) in vergelijking met M.S.-patiënten en controles. Een ander cytokine – eotaxine – zou verhoogd zijn bij M.E.(cvs) en M.S., maar niet bij de controles. De andere studie op hersenvocht, uitgevoerd door mede-auteur Dr Dan Peterson’s Simmaron research, vond echter enkel een significante vermindering van IL-10… Er valt dus zeker nog één en ander uit te klaren!

Indien de resulaten worden bevestigd zou dit kunnen leiden tot objectieve diagnostische testen en therapieën om het onevenwicht qua cytokinen te corrigeren. Mede-auteur Prof. Ian Lipkin verwijst daarbij naar monoclonale antilichamen. Er zal daarvoor echter nog veel werk moeten worden verricht, vooraal naar veiligheid en doeltreffendheid toe. Het manipuleren van het immuunsysteem houdt grote risico’s in.

Eerste auteur Dr Mady Hornig besluit “Onze resultaten wijzen op een duidelijk verstoorde immuniteit in het hersenvocht bij M.E.(cvs) en dat is consistent met immuun-aktivatie in het centraal zenuwstelsel.”. Als er een inflammatie in de hersenen is, dan is de mening dat cognitieve gedragtherapie de ziekte geneest wel zeker achterhaald…

————————-

Molecular Psychiatry (Preprint 31 maart 2015)

Cytokine network analysis of cerebrospinal fluid in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Hornig M1, Gottschalk G2, Peterson DL2, Knox KK3, Schultz AF4, Eddy ML4, Che X4, Lipkin WI5

1Centre for Infection and Immunity, Columbia University Mailman School of Public Health, New York, NY, USA & Department of Epidemiology, Columbia University Mailman School of Public Health, New York, NY, USA

2Sierra Internal Medicine at Incline Village, Incline Village, NV, USA

3Coppe Healthcare Solutions, Waukesha, WI, USA & Simmaron Research, Incline Village, NV, USA

4Centre for Infection and Immunity, Columbia University Mailman School of Public Health, New York, NY, USA

5Centre for Infection and Immunity, Columbia University Mailman School of Public Health, New York, NY, USA; Department of Epidemiology, Columbia University Mailman School of Public Health, New York, NY, USA & Departments of Pathology and Neurology, College of Physicians and Surgeons, Columbia University, New York, NY, USA

Samenvatting

Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom is een onverklaarde uitputtende aandoening die frequent wordt geassocieerd met cognitieve en motor-dysfunktie. We analyseerden het cerebrospinaal vocht van 32 M.E./CVS-patiënten, 40 individuen met Multipele Sclerose en 19 normale controles gematcht voor leeftijd en geslacht, d.m.v. een 51-plex cytokine test. Er werden groep-specifieke verschillen gevonden voor de meerderheid van de onderzochte molekulen, met een verhoging van CCL11 (eotaxine), een chemokine dat betrokken is bij aantrekking van eosinofielen. Netwerk-analyse onthulde een omgekeerde relatie tussen interleukine-1 receptor antagonist [IL-1RA] en ‘colony-stimulating factor 1’ [CSF1], ‘colony-stimulating factor 2’ [CSF2] en interleukine-17F, maar geen effekten op interleukine-1α of interleukine-1β, wat een stoornis in de interleukine-1 signalisering suggereert. Onze resultaten geven een uitgesproken verstoorde immuun-signatuur in het cerebrospinaal vocht van M.E./CVS-patiënten aan, wat consistent is met immuun-aktivatie in het centraal zenuwstelsel, en een verschuiving naar een allergisch of T helper type-2 patroon geassocieerd met auto-immuniteit.

————————-

Daar het artikel niet beschikbaar is moeten we ons voor wat duiding baseren op de website van het Simmaron (simmaronresearch.com) waar patiënten-aktivist Cort Johnson – die het artikel blijkbaar wel kon inkijken – blogt…

De waarden van meer dan de helft van de geteste cytokinen (26/51) waren significant verschillend tussen M.S. en controles. Een bijna even groot verschil kwam ook voor bij de M.E./CVS-groep. Bijna de helft van de geteste immuun-factoren (23/51) waren significant verschillend tussen M.E./CVS-patiënten en gezonde controles. Er werden zeer significante verschillen (p <. 0003 of minder) gevonden voor 13 cytokinen in de M.S.-groep t.o.v. gezonde controles, voor 4 cytokinen bij M.E./CVS t.o.v. gezonde controles en voor 8 cytokinen bij M.E./CVS t.o.v. M.S.

Cytokinen spelen een rol bij het induceren en controleren van inflammatie. Er is bewijsmateriaal dat to M.E./CVS een inflammatoire aandoening is en er bestaat geen twijfel over dat Multipele Sclerose een inflammatoire aandoening is. De cytokine-waarden in het cerebrospinaal vocht bij M.S. waren lager dan die bij M.E./CVS. Over het algemeen neigden die van M.S.- en M.E./CVS-patiënten in dezelfde richting – meestal verminderd in vergelijking met de controles – maar de immune ontregeling was verschillend. 23 immuun-factoren verschilden tussen M.E./CVS en M.S. De researchers stelden dat M.E./CVS-patiënten een “uitgesproken hogere graad van immuun-aktivatie van het centraal zenuwstelsel” vertoonden dan de M.S.-groep. In deze studie hadden de mensen gedurende ongeveer 7 jaar CVS. De relatief lage cytokine-waarden lopen gelijk met deze die werden gevonden bij patiënten met lang-durende ziekte uit de grote bloed-cytokine studie.

Chemokinen zijn van speciaal belang bij neuro-inflammatie omdat deze kleine proteïnen de toegang van immuun-cellen tot de hersenen regelen. Wanneer er zich een infektie voordoet, trekken ze immuun-cellen naar het brein toe door het verhogen van doorlaatbaarheid van de bloed-hersen-barrière. Microglia en astrocyten zijn de voornaamste chemokine-producenten in de hersene. 2 chemokinen (CCL11 & CXCL10) waren verhoogd bij zowel M.S.- als M.E./CVS-patiënten (veel hoger waarden van beide bij M.S.). CXCL10 [ook gekend als interferon-gamma geïnduceerd proteïne 10 (IP-10)] maakt de weg vrij voor de intrede van ‘natural killer’ cellen en T-lymfocyten in de hersenen. Het komt dikwijls prominent tot expressie in het centraal zenuwstelsel in respons op een virale infektie. Zoals altijd luistert de regulering van het immuunsysteem zeer nauw. Te weinig chemokine-expressie en de infektie kan dodelijk worden. Te veel chemokine-expressie resulteert in hersen-schade. Hoewel CXCL10 een belangrijke rol speelt bij het bestrijden van virale infekties, kan overvloedig CXCL10 neuronen doen afsterven en een immuun-gemedieerde demyeliniserende ziekte triggeren. Demyelinisatie is een belangrijk probleem bij M.S. maar lijkt momenteel slechts een mogelijkheid bij M.E./CVS. De studie ‘Right arcuate fasciculus abnormality in Chronic Fatigue Syndrome’ [Montoya JG et al. Radiology (2015) 274: 517-26] suggereert echter dat er myeline-abnormaliteiten zouden kunnen aanwezig zijn bij M.E./CVS. Het is niet verrassend dat CXLC10 een impact heeft op de symptomen. Het neutraliseren van CXCL10 (zelfs bij een persistente infektie) kan de symptoom-ernst sterk reduceren.

Dr Mady Hornig: “Deze immune bevindingen zouden kunnen bijdragen tot symptomen in perifere lichaamsdelen én de hersenen, van spier-zwakte tot hersen-mist.”. IL-1RA wordt verondersteld een allergische respons te dempen. De uitgevoerde netwerk-analyse in suggereert dat dit niet zo goed werkt bij in M.E./CVS-patiënten. De omgekeerde relatie tussen IL-1RA en CSF2 (GM-CSF) waarden bij M.E./CVS suggereert dat een allergische respons aan de gang is. Er werden ook gedaalde CSF2-waarden gevonden in een eerdere studie op hersenvocht bij M.E./CVS. Eotaxine of CCL11 trekt eosinofielen (type witte bloedcellen betrokken bij allergische responsen) aan naar de hersenen. Statistische analyse suggereerde dat verhoogde waarden eotaxine (en gedaalde waarden IL-1β) sterk geassocieerd zijn met M.E./CVS-diagnose. Eotaxine is geen chemokine dat iemand wil hebben. Verhoogde eotaxine-waarden bleken geassocieerd met een verstoord leer-proces, geheugen-stoornissen en verminderde neuron-aanmaak in opgroeiende muizen. De auteurs rapporteerden dat allergische processen een aanwijzing kunnen zijn voor een infektie van het centraal zenuwstelsel: “Aanhoudende afgifte van cytokinen door geaktiveerde microglia, immuun-cellen in de hersenen, kunnen bijdragen aan dit patroon.”.

Het team van Hornig & Lipkin vond ook bewijs voor een verstoorde “netwerking” bij M.E./CVS; d.w.z. immuun-cellen communiceren op een vreemde manier. IL-1RA is een interleukine dat cellen met IL-1 receptoren verhindert om de krachtige pro-inflammatoire cytokinen IL-1α of IL-1β aan te maken. Het stopt dat deel van de immuun-respons maar de netwerk-analyse suggereert dat dit niet gebeurt bij M.E./CVS. “De omgekeerde relatie die we vonden tussen IL-1RA en CSF2 in het hersenvocht bij M.E./CVS suggereert dat neuro-immune responsen zouden kunnen verschoven zijn naar allergische of Th2 (auto-immune) patronen in het centraal zenuwstelsel bij individuen met M.E./CVS.”

april 11, 2015

Rol van cytokinen bij CVS spier-vermoeidheid

Filed under: Celbiologie — mewetenschap @ 6:52 am
Tags: , , , , , , , ,

Professor Anne McArdle (‘University of Liverpool’) en haar team rapporteren hier over belangrijke preliminaire resultaten van research omtrent de rol van mitochondriale dysfunktie bij M.E.(cvs). Dit kadert in een project getiteld ‘Bepaling van mitochondriale funktie en cytokine-produktie in skelet-spieren van patiënten met M.E.(cvs)’.

De aanwezigheid van abnormale mitochondrieën (cellulaire ‘energie-fabriekjes’) in spieren van patiënten met M.E.(cvs) blijft het onderwerp van veel discussie. De reden voor de verscheidene bevindingen is waarschijnlijk het ontbreken van geschikte en gevoelige technieken om de mitochondriale funktie direct in spier-vezels te bepalen. Het bestuderen van die mitochondriale funktie in spier-vezels van mensen ‘in situ’ (ter plaatse) werd nu ontwikkeld: het betreft een methode waarbij bundels spier-vezels worden geïsoleerd en permeabel (doorlaatbaar) gemaakt met saponine.

Er wordt voorgesteld dat chronische generatie van ROS (radicale zuurstof soorten) door spier-mitochondrieën resulteert in chronische aktivatie van NF-κB (lees ook ‘NF-κB en Inspanning’ en ‘Samenspel tussen de Glucocorticoid Receptor en Nuclear Factor-κB’) en daaropvolgende laag-gradige inflammatie. De hypothese stelt verder dat aktivatie van NF-κB er toe leidt dat de spier een belangrijke bron van systemische pro-inflammatoire cytokinen wordt. Interventies die deze mitochondriale ROS- aanmaak of NF-κB aktivatie in spieren modificeren, zullen de systemische inflammatie verminderen en de spier-funktie verbeteren. Zie bv. ‘Anthocyaninen & NF-kB, oxidatieve stress, inflammatie, inspanning’ en ‘Vitamine-D, VDR, NF-kB, chronische inflammatie & vermoeidheid’.

De nieuwe techniek zal worden toegepast om mitochondriale funktie in spier-cellen in situ te bepalen en de rol van de spieren bij de produktie van inflammatoire mediatoren te onderzoeken. Onderstaand artikel zou het eerste in een reeks publicaties moeten zijn (waar zal worden gefocust op mitochondriale funktie). Het werk werd gefinancierd door de MRC (‘UK ME Research Collaborative’), BBSRC (‘Biotechnology and Biological Sciences Research Council’) en ‘M.E. Association’ (dus niet door farmaceutische bedrijven).

————————-

The FASEB Journal vol. 29 no. 1 Supplement 1055.34 (April 2015)

The Role of Cytokines in Muscle Fatigue in Patients with Chronic Fatigue Syndrome

Kate Earl (1), Giorgos Sakellariou (1), Daniel Owens (2), Melanie Sinclair (1), Manuel Fenech (1), Graeme Close (2), Clare Lawton (3), Louise Dye (3), Micheal Beadsworth (1) & Anne McArdle (1)

1 Institute of Ageing and Chronic Disease University of Liverpool United Kingdom

2 RISES Liverpool John Moores University United Kingdom

3 Psychological Sciences University of Leeds United Kingdom

Samenvatting

CVS wordt gekenmerkt door een ernstige mate persistente/terugkerende vermoeidheid. Er werd voorgestel dat chronische, laag-gradige inflammatie een rol kan spelen bij deze vermoeidheid. We recruteerden 100 onbehandelde patiënten met CVS (gemiddelde leeftijd 33 ± 12) en 100 voor leeftijd en geslacht gematchte gezonde controles (HCs). TNF-α in het serum werd bepaald d.m.v. ELISA. De subjectieve vermoeidheid werd bepaald via een vragenlijst en er werden spier-funktie testen ondernomen waarbij maximale vrijwillige contractie (MVC), ontwikkeling van elektrisch-gestimuleerde spierkracht en vermoeidheid-graad werden bepaald (quadriceps). De subjectieve vermoeidheid was hoger bij patiënten met CVS vergeleken met HCs. Preliminaire analyses toonden dat serum TNF-α niet-detekteerbaar was bij 97% van de HCs, terwijl 15% van de patiënten met CVS detekteerbaar (4,4 +/- 0,18 pg/ml) serum TNF-α vertoonden. De MVC was significant verminderd bij individuen met CVS vergeleken met HCs. Er werd geen verschil tussen de groepen gezien qua vermoeidheid in gestimuleerde spieren. Deze preliminaire gegevens suggereren dat een sub-groep van patiënten met CVS laag-gradige inflammatie hebben en er zijn analyses aan de gang om andere inflammatoire merkers in het serum en spieren van deze patiënten verder te karakteriseren, en te bepalen of dergelijke veranderingen een invloed hebben op indicatoren voor spier-funktie of centrale vermoeidheid.

————————-

Omwille van het feit dat het volledig artikel (nog) onbeschikbaar is, hier de commentaar door Dr Charles Shepherd, medisch adviseur van de ‘M.E. Association’ (www.meassociation.org.uk):

De hypothese aan de basis voor deze research is de volgende: de toepassing van nieuwe technieken ontwikkeld aan de Universiteit van Liverpool zal aantonen dat skelet-spier mitochondrieën bij patiënten met ME/CVS dysfunktioneel zijn en dat deze resulteren in spier-vermoeidheid. De dysfunktionele mitochondrieën aktiveren dan een proces dat leidt tot een chronische, laag-gradige inflammatie – wat courant wordt gerapporteerd bij patiënten met ME/CVS – dat geeft op zijn beurt aanleiding tot verdere mitochondriale abnormaliteiten en een vicieuze cirkel. Het begrijpen van de processen waarbij spier-vermoeidheid optreedt zal leiden tot optimale behandelingen [zie ook ‘Mogelijke therapeutische interventies voor mitochondriale dysfunktie] die deze vicieuze cirkel kunnen doorbreken en de spier-funktie en het welzijn van de individuen kunnen verbeteren. Deze preliminaire resultaten ondersteunen verder reeds gepubliceerd onderzoek (waarvan een deel werd gefinancierd door het ‘MEA Ramsay Research Fund’) dat abnormaliteiten in skelet-spieren aangeeft bij minstens een sub-groep en die niet het gevolg zijn van deconditionering. De preliminiaire resultaten hier ondersteunen ook een rol voor cytokine-geïnduceerde inflammatie bij ME/CVS […]. Andere componenten van dit spier-mitochondrieën onderzoek dat het ‘MEA Ramsay Research Fund’ financiert, is een onderzoek naar mogelijke therapeutische interventies. Het fonds helpt ook bij de financiering van een studie die kijkt naar mitochondriaal DNA (genetisch materiaal) bij ME/CVS.

Prof. Anne McArdle (presentatie op de ‘CMRC Conference in Bristol 2014):

Onze research gebruikt verscheidene experimentele systemen die werden ontwikkeld om ‘in vitro’ (studies op weefsels – verwijderd uit een levend organisme – onder laboratorium-condities) en ‘in vivo’ (studies op weefsels niet verwijderd uit een levend organisme) te bekijken op welke manier mitochondriale funktie kan worden gelinkt aan cytokine-veranderingen.

Prof. Jonathan Edwards (auto-immuniteit specialist van het ‘University College London’ zei eerder: “Prof. McArdle onderzoekt hoe mitochondriale funktie, generatie van of reaktieve zuurstof soorten (ROS) en ATP in de spieren verbonden zijn met signalisering door cytokinen zoals TNF. Spier-mitochondrieën verschillen van die in andere cellen qua ligging en densiteit. Ze stipte het belang aan van feedback-mechanismen die mogelijks langdurige abnormaliteiten in de regulering van het spier-metabolisme veroorzaken.”. Zijn commentaar nu (op het internet): “Voor mij is dit nieuws omdat het zeer specifiek na inspanning is. Ook de mediator werd specifiek gekozen om de hypothese te testen. De laboratorium-methodiek en de analyse van de gegevens zijn solide. Het lijkt op het eerste zicht slechts een formele validatie van wat reeds bekend was maar het is een enorme stap vooruit in de M.E.(cvs)-research. Het bevestigen van ‘wat iedereen weet’ met een degelijke kwaliteitscontrole, laat toe er verder op te bouwen. […] Ik twijfel er niet aan dat Anne McArdle kwaliteitsvolle research aflevert.”

Wij kijken uit naar het vervolg van het onderzoek: de resultaten van over de mitochondriale funktie bij M.E.(cvs) en mogelijke behandelingen!

april 3, 2015

Aanhoudende aanwezigheid & hersen-translocatie van vaccin-adjuvanten

Filed under: Immunologie — mewetenschap @ 12:07 pm
Tags: , , , ,

Een substantieel aantal M.E.(cvs)-patiënten maakt melding van het aanvangen van de aandoening na een vaccinatie. Hoewel het niet onze bedoeling is de relevantie van immunisaties in de moderne gezondheidszorg in vraag te stellen, kunnen we er niet omheen dat sommige individuen misschien (genetisch) voorbestemd zijn tot ongewenste reakties op vaccinatie. We gaven hier al enkele artikels mee van een Israëlische onderzoek-groep (zie ‘Vaccinatie en CVS’ & ‘ASIA (auto-immuun/inflammatoir syndroom geïnduceerd door adjuvanten) syndroom’). Hieronder kan men lezen over hoe een Frans research-team denkt over wat mogelijks aan de basis zou kunnen liggen van deze individueel verschillende responsen. Er moet dringend werk gemaakt worden van studies die nagaan wat juist de nadelige reakties op een inenting veroorzaakt, zodat (o.a. genetisch bepaald) kwetsbare individuen deze zouden kunnen vermijden!!!

 

Aluminium-oxyhydroxide (alum) is een kristallijne stof die veel wordt gebruikt als immunologisch adjuvant (stof ter bevordering van het vermogen van antigenen om de aanmaak van antistoffen, de immuun-respons, te stimuleren) in vaccins.

Er is bezorgdheid ontstaan over het gebruik van alum-partikels na de erkenning dat deze een oorzakelijke rol spelen bij macrofagen-myofasciitis (MMF; spierziekte gekenmerkt door microscopische beschadigingen gevonden in spier-biopten die infiltratie van de spier door bepaalde macrofagen – type witte bloed-cellen dat cellulair afval, vreemde substanties, microben en kanker-cellen opslokt en verteert [fagocytose] – vertonen) letsels die werden gedetekteerd bij patiënten met Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom.

Bij MMF werd een onverwachte langdurige bio-persistentie (blijvende aanwezigheid in het lichaam) vastgesteld van alum in immuun-cellen, bij (waarschijnlijk) gevoelige individuen. De auteurs toonden al aan dat slecht biologisch-afbreekbare aluminium-gecoate partikels – die worden geïnjekteerd in spieren – snel worden gefagocyteerd en terecht komen in de omliggende lymfe-knopen, waarna ze zich kunnen verspreiden, via de cellen waardoor ze werden opgenomen, over gans het lichaam en langzaamaan accumuleren in de hersenen. Dit suggereert volgens hen dat die bio-persistentie van adjuvant in fagocyterende cellen een eerste vereiste is voor een langzame verplaatsing (“translokatie”) naar de hersenen en vertraagde neurotoxiciteit.

Als men de basis-mechanismen van de bio-persistentie van partikels en van de hersen-translokatie zou kunnen begrijpen, zou dat kunnen helpen om de factoren te definiëren die verantwoordelijk zijn voor dit soort kwetsbaarheden (ontwikkeling van chronische neurotoxische schade), die voor een aanzienlijk aantal mensen een ernstige belasting voor de gezondheid is.

Volgens de auteurs zou de bio-persistentie van alum verband kunnen houden met een destabiliserend effekt op lysosomen (sub-cellulaire partikels in het cytoplasma waar lysosomale enzymen cellulair ‘afval’ afbreken, zodat de afbraak-produkten hergebruikt of veilig uitgescheiden kunnen worden); dat zou waarschijnlijk te wijten zijn aan het feit dat kristallen de membranen van fago-lysosomen (= cytoplasmatisch lichaam dat, na fagocytose, ontstaat door fusie van een opgenomen partikel – fagosoom – met een lysosoom met enzymen) doen scheuren.

Macrofagen die continu vreemde partikels in hun cytosol (cel-vloeistof) bespeuren, zullen waarschijnlijk telkens weer overgaan – al dan niet doeltreffend, naar gelang het individu – tot een vorm van autofagie (strikt geregeld proces waarbij de cel eigen cel-produkten verteert in de lysomen), nl. xenofagie (autofagie gericht tegen pathogenen, een component van de immuun-respons) om zich te proberen ontdoen van vreemde materialen.

Cellulaire compartimenten in de cellulaire biologie omvatten alle afgesloten delen in het cytosol. Deze zijn gewoonlijk omgeven door membraan bestaande uit een enkele of dubbele lipiden-laag. De vorming van cellulaire compartimenten – gecompartimentaliseerde organellen – wordt compartimentalisering genoemd. Succesvolle compartimentalisering van partikels binnen de dubbele-membraan auto-fagosomen en daaropvolgende fusie met herstelde en opnieuw aangezuurde lysosomen zal alum blootstellen aan lysosomaal zuur, de enige factor die alum-partikels kan doen oplossen.

Brein-translokatie van alum-partikels is verbonden met een mechanisme waarbij het cytokine CCL2 (‘C-C motief ligand 2’ of ‘Monocyten Chemotactisch Proteïne-1’, MCP1) een rol speelt. (Zie ook ‘Cerebrale inflammatie? TNF-α, Microglia, Bloed-Hersen-Barrière’). De expressie van dit chemokine kan variëren van individu tot individu (genetische & omgeving-factoren, en leeftijd). De auteurs noteren dat ze bij M.E.(cvs)-patiënten met MMF eerder een selektieve toename van circulerend MCP-1/CCL2 hebben gezien…

 

Prof. Romain Kroum Gherardi (specialist neuromusculaire ziekten) van het INSERM (‘Institut national de la santé et de la recherche médicale’) in Parijs leidt een team dat al een aantal jaren onderzoek doet naar de nadelige neurologische effekten van aluminium adjuvanten in vaccins. Het tijdschrift ‘Frontiers in Neurology’ is opgenomen in de PubMed cataloog van het ‘National Centre for Biotechnology Information’. Onderstaand artikel werd gereviewed door Samir Kumar-Singh (Vaccine & Infectious Disease Institute, Antwerp University), Mark P. Burns (Georgetown University Medical Centre) & Lucija Tomljenovic (University of British Columbia).

————————-

Frontiers in Neurology (2015) 6: 4

Biopersistence and brain translocation of aluminum adjuvants of vaccines

Gherardi RK, Eidi H, Crépeaux G, Authier FJ, Cadusseau J

Faculté de Médecine and Faculté des Sciences et Technologie, INSERM U955 Team 10, Université Paris Est-Créteil , Créteil , France

 

Er werden reeds miljarden mensen gevaccineerd en er werd een uitgesproken terugloop of uitroeiing van meerdere ernstige ziekten geobserveerd. Tegenwoordig strekken de potentiële toepassingen van vaccins zich uit tot veel verder dan preventie van infektueuze ziekten en wordt vaccinatie beschouwd als een veelbelovend wapen tegen een waaier van verschillende aandoeningen. De veiligheid van vaccins werd als excellent beschouwd maar er werden ook nadelige effekten gerapporteerd. Er is bezorgdheid over het gebruik van aluminium-adjuvanten ontstaan na (i) de erkenning van hun rol bij het ontstaan van zogenaamde macrofagen-myofasciitis (MMF) letstels, wat een fundamentele misvatting onthulde over het effekten van vaccin-adjuvanten en wees op hun onverwachte langdurende bio-persistentie; en (ii) het aantonen van hun klaarblijkelijk vermogen om te migreren naar lymfoïde organen [milt, lymfeklieren, …] om zich dan over het lichaam te verspreiden binnen de monocyten-cellijn en progressief te accumuleren in de hersenen. Dit artikel biedt een overzicht van de opgedoken kenmerken van alum-adjuvant partikels die bedenkingen veroorzaakten over de schadeloosheid van deze alom gebruikte stof.

ALUM ADJUVANTEN ZIJN LYSOSOOM-DESTABILISERENDE PARTIKELS

Adjuvanten worden gebruikt in vaccins omwille van hun vermogen om de adaptieve immuunrespons op een daarmee samen toegediend antigen te versterken. Partikel-vormige aluminium-zouten (bekend als alum) zijn de belangrijkste adjuvanten voor gebruik in menselijke vaccins. Ze worden gebruikt in vaccins tegen tetanus, hepatitis-A, hepatitis-B, humaan papillomavirus, Haemophilus influenzae B, pneumococcen- en meningococcen infekties, en miltvuur. Ze bevatten hoofdzakelijk aluminium-oxyhydroxide, een kristallijne stof, aluminium-hydroxyfosfaat en amorf aluminum-fosfaat. Alum is in staat vaccin-antigenen op zijn oppervlak te adsorberen. Het sterkste adsorptie-fenomeen is het resultaat van ligand-uitwisseling: de vervanging van een hydroxyl-groep op het adjuvant door een fosfaat-groep van het antigen. Alum induceert sterke responsen van het aangeboren immuunsysteem op de plaats van injektie, vast te stellen door een toevloed van neutrofielen, monocyten/macrofagen, eosinofielen en MHC-IIC antigen-presenterende cellen, voornamelijk dendritische cellen (DCs) [type witte bloedcellen die immuun-responsen initiëren en reguleren]. Spier-macrofagen die voornamelijk in fascias [bindweefsel rond spieren, botten en gewrichten] gelokaliseerd zijn van de eerste cellen die verstoringen qua spier-homeostase detekteren. Ze alarmeren het immuunsysteem d.m.v. plaatselijke aanmaak van chemokinen en recruteren andere myeloïde cellen, zoals neutrofielen en inflammatoire monocyten die differentiëren naar inflammatoire DCs. Omdat ze gespecialiseerd zijn voor antigen-opname, hebben van monocyten afgeleide inflammatoire DCs een immatuur fenotype in de spier. Ze migreren echter naar de […] lymfeknopen na contact met weefsel-debris of vreemd materiaal, en komen daar aan als rijpe cellen die co-stimulerende molekulen tot expressie brengen. Inflammatoire DCs kunnen cruciaal zijn voor de alum-adjuvant aktiviteit maar eosinofielen lijken ook een belangrijke rol te spelen.

Er werd lang gedacht dat alum een langdurige immuun-respons verzekert door vorming van een depot dat het antigen traag afgeeft onder invloed van het interstitieel vocht [rond de cellen]. De visie dat het geïnjekteerd adjuvant buiten de cellen blijft, werd in vraag gesteld omwille van bevindingen in spier-biopten van geïmmuniseerde patiënten. In tegenstelling tot wat eerder werd geloofd, worden alum-partikels gretig opgenomen door fagocyterende cellen. De sterke binding van antigen met alum-partikels verhoogt antigen-opname door DCs, vermindert antigen-afbraak en doet antigen-presentatie aanhouden in vitro. De overleving van macrofagen kan ook worden bevorderd door opname van alum-partikels. Injektie van alum induceert de vorming van persistente alum-geïnduceerde granulomen [nodules chronisch inflammatoire cellen] op de plaats van eerdere immunisatie. Een goede immunisatie vereist echter geen blijvende aanwezigheid van alum, aangezien er geen afname qua antigen-specifieke T- and B-cel responsen werd geobserveerd na verwijdering van de injektie-plaats na 2h na de inspuiting.

Niettegenstaande ze al lang worden gebruikt, heeft de literatuur aangewezen dat de adjuvant-mechanismen van aluminium-zouten eigenlijk onbekend blijven, ondanks het zeer aktief onderzoek op dat gebied [Exley C, Swarbrick L, Gherardi RK, Authier FJ. A role for the body-burden of aluminum in vaccine associated macrophagic myofasciitis and Chronic Fatigue Syndrome. Med Hypotheses (2009) 72: 135-9]. Alum is ontoereikend voor het initiëren van cel-gemedieerde [Th1] immuniteit en verschuift de immuun-respons naar een T-helper type 2 (Th2) respons geassocieerd met een sterke aanmaak van IL-4 en het antilichaam-subtype IgG1. Wat betreft alum adjuvant mechanismen werden meerdere verklaringen voorgesteld, waarvan de meeste vervolgens in vraag werden gesteld. In het bijzonder bleek het NLRP3 inflammasoom sterk geaktiveerd door alum, maar dit bleek uiteindelijk niet essentieel voor het adjuvant-effekt. Het blijft echter waar dat aluminium-hydroxide en andere kristallen zoals silica [siliciumdioxide], natrium-uraat en asbest, aktivatie van NLRP3, afgifte van IL-1b en aktivatie van de downstream inflammatoire cascade sterk induceren. Alternatieve modellen voor alum-gemedieerde immuniteit werden voorgesteld op basis van de link tussen alum-adjuvant effekten en afgifte van niet-cytokine bio-molekulen, zoals urinezuur, dubbelstrengig DNA en prostaglandine-E2. De specificiteit van kristal-geïnduceerde signalisering-mechanismen werd voorgesteld als verklaring van waarom aluminium-hydroxide partikels veel meer irriteren dan oplosbaar aluminium. Alum-kristallen binden op en aggresseren de plasma-membraan lipiden-dubbellaag, destabiliseren lysosomen die endocytische, fagocytische of auto-fagocytische materialen afbreken, en spelen een belangrijke rol bij immuniteit. Sterk gecontroleerde antigen-verwerkende funkties van DCs gebruiken lysosomale proteasen [eiwit-splitsende enzymen] en pH-veranderingen optimaal voor het genereren van peptiden, i.p.v. volledige proteïne-afbraak. […] Alum-adjuvant mechanismen zouden betrekking kunnen hebben met alum-geïnduceerde blokkade van lysosomen. Destabilisering van lysosomen door alum blijft nog onzeker maar het fysiek scheuren van het membraan zou direct kunnen veroorzaakt worden door de kristallijne struktuur van alum zelf.

MMF IS EEN BIOMERKER VOOR LANGDURIGE ALUM BIO-PERSISTENTIE IN EEN INDIVIDU

MMF wordt beschreven als een aandoening met onbekende oorzaak, gekenmerkt door een letsel in een spier-biopt met daarin grote macrofagen met agglomeraten van nano-kristallen in hun cytoplasma en lymfocyten- infiltraten; verschillend van andere histiocytische ziekten [histiocyt = weefsel-macrofaag of dendritische cel] en altijd gedetekteerd in de [deltavormige] schouder-spier bij volwassen. Er worden constant cytoplasmatische insluitsels gevonden, al dan niet omgeven door veranderde lysosomale membranen, die aluminium bevatten. Hun kristallijne struktuur was kenmerkend voor aluminium-hydroxide en er was geen voorafgaande blootstelling aan aluminium buiten die van immunisatie (100%) geweest. Het is nu duidelijk dat de snelle opkomst van MMF in Frankrijk, een weerspiegeling was van de combinatie van (i) de vervanging van de subcutane (s.c.) door de intramusculaire (i.m.) weg voor vaccin-injekties in de vroege jaren ‘90; (ii) de grootschalige campagne voor primo-vaccinatie [eerste inenting] van Franse volwassen tegen hepatitis-B in het midden van de jaren ‘90; en (iii) de preferentiële keuze voor de schouder-spier voor routine spier-biopten (voorheen de biceps en de quadriceps). Alum-bevattende vaccins kunnen ook leiden tot huid pseudo-lymfoom [goedaardig gezwel, overmatige groei witte bloedcellen] bij mensen […].

Macrofagen-myofasciitis kon experimenteel worden gereproduceerd d.m.v. i.m. vaccinatie van muizen, ratten en apen. Het experimenteel letsel krimpt altijd mettertijd en bij apen begint het volledig uit de spier te verdwijnen na 6 tot 12 maand na DTP-injektie [difterie, tetanus & polio] overéénkomend met 14 tot 21 keer de equivalente dosis alum bij mensen.

Omwille van het onethisch karakter van spier-bioptie bij a-symptomatische individuen, kon niet direct worden bepaald of langdurige MMF al dan niet aanwezig is onder verborgen vorm bij gezonde individuen. Dit lijkt echter zeer onwaarschijnlijk, gezien een review van 130 opéénvolgende schouder-spier biopten (uitgevoerd voor diagnostische doeleinden bij myalgische patienten die voorheen werden geïmmuniseerd met alum-bevattende vaccins). Deze studie onthulde dat de meeste alum-ontvangers geen langdurige MMF hebben. […]. Dit weerlegt niet-gedocumenteerd geloof dat elke gevaccineerde langdurige MMF-lestsels zou hebben wanneer een biopt wordt uitgevoerd in de schouder-spier. Daarnaast vertoonden MMF en niet-MMF patiënten klinische verschillen zoals hieronder aangegeven.

In het licht van experimentele modellen is het belangrijk de individuele vaccins van elke patient te checken om het “ongewoon persistent” karakter van MMF vast te stellen. In een evaluatie van 583 patiënten […] was de mediane tijd verlopen tussen de laatste alum-toediening en de bioptie 65 maand. Vergeleken met onze eerdere rapporten, was dit gradueel opgelopen van 36 maand in 2001 (kort na de piek van immunisatie bij volwassen Fransen) tot 53 maand in 2003. Een gemiddeld aantal van 5,3 alum-bevattende inspuitingen was toegediend tijdens de 10 jaar voorafgaand aan de bioptie die MMF aantoonde; het ging hoofdzakelijk om vaccinaties tegen hepatitis-B (89,7%), tetanus (42,2%) en hepatitis-A (8,8%). In de praktijk beschouwen we de MMF als ongewoon persistent wanneer de tijd verlopen tussen de laatste immunisatie en de MMF-detektie meer dan 18 maand is. Het is belangrijk dit in overweging te nemen bij jonge kinderen die meerdere vaccin-injekties krijgen in het eerste levensjaar, wat het risico op toevallige associatie tussen een constitutieve spier-ziekte en MMF – gedetekteerd in de quadriceps (gebruikt bij pediatrische immunisaties) – doet toenemen. Als het risico op dergelijke toevallige associaties ook mogelijk is bij volwassenen, dan is het in de praktijk laag. Bijvoorbeeld: volwassen patiënten met MMF én erfelijke spier-ziekte zijn bijzonder zeldzaam […].

Dieren-studies geven aan dat alum-geïnduceerde granulomateuze letsels aanzienlijk in grootte variëren naar gelang de genetische achtergrond en de initiële hypothese van de WHO dat MMF een individueel onvermogen om alum uit het lichaam te verwijderen zou weerspiegelen blijft ongeldig. Samengevat: langdurende MMF-letsels zouden moeten word beschouwd als een biomerker die de ongewoon langdurige bio-persistentie van alum in aangetaste individuen aangeeft.

PATIËNTEN MET MMF LIJDEN AAN MYALGISCHE ENCEFALOMYELITIS / CHRONISCHE VERMOEIDHEID SYNDROOM

Macrofagen-myofasciitisis wordt dikwijls gedetekteerd bij patiënten met diffuse spier-pijnen en chronische vermoeidheid […].

De meeste patiënten zijn vrouwen (70-80%) met een gemiddelde leeftijd van jaar op het tijdstip van het nemen van een biopt, die meestal klagen over spier-pijnen, met of zonder gewricht-pijn, en uitputtend chronische vermoeidheid. De aanvang van deze symptomen treedt op later na de immunisatie.

Er werd een sterk statistisch verband gevonden tussen spier-pijnen en MMF in verschillende Franse neuromusculaire centra (spier-pijnen bij 90% van patiënten met MMF vs. 44% zonder MMF, p < 0.0001). De aanvang van spier-pijn kan optreden bij inspanning. Dit begint meestal in de onderste ledematen en niet op de plaats van de eerdere immunisatie (0,5 tot 84 maand bij een serie Franse patiënten, 3 tot 192 maand bij een serie Portugese patiënten). Ze breiden zich geleidelijk aan uit naar het bovenste deel van het lichaam, tasten de naast de ruggewervels gelegen spieren aan en worden diffuus. Er werd een myopathisch elektromyogram en stijging van de creatine-kinase (CK) gezien bij minder dan de helft van de patiënten. Vergelijking van gevaccineerden met spierpijn met en zonder MMF (via schouder-spier biopt) toonde significante verschillen: patiënten met MMF hadden zelden fibromyalgie (11 ‘tender-points’ van de ACR 1990 criteria voor fibromyalgie aanwezig bij 16,6 vs. 55,5%, p < 0.04), en ze vertoonden tekenen die suggestief zijn voor demyelinisatie (38,5 vs. 5,7%, p < 0.01), wat een toevallig verband niet ondersteunt. [Canadese onderzoekers deden gelijkaardige observaties m.b.t. een link tussen HBV en CVS; ze hypothiseerden dat auto-immune reaktie een microscopische vorm van demyelinisatie kan impliceren die niet zichtbaar is op MRI; Hyde B. The clinical investigation of acute onset ME/CFS and MS following recombinant hepatitis-B immunisation. Second World Congress on CFS and Related Disorders, Brussels. 1999; September 9-12]

Chronische vermoeidheid is een ander belangrijk symptoom [Authier FJ, Sauvat S, Champey J, Drogou I, Coquet M, Gherardi R.Chronic Fatigue Syndrome in patients with macrophagic myofasciitis. Arthritis Rheum (2003) 48: 569-70]. Uit een studie uitgevoerd onder de hoede van het Frans agentschap voor volksgezondheid en veiligheid van geneesmiddelen bleek chronische vermoeidheid significant meer frequent en ernstiger bij patiënten met MMF vergeleken met deze zonder (schouder-spier).

Cognitieve veranderingen wijzen verder op betrokkenheid van het centraal zenuwstelsel […]. Patiënten klagen over geheugen-verlies, een mistig brein en stemming-wisselingen. Cognitieve testen geven bijna altijd veranderingen aan die suggestief zijn voor organische stoornissen (hersenschors en daaronder gelegen gebieden), met een impact op visueel geheugen, werk-geheugen en dichotisch [2 stimuli] luisteren [een psychologische test voor het onderzoeken van selektieve aandacht]. Deze gebreken blijven gewoonlijk stabiel over de tijd.

Tesamen genomen zijn chronische spier-pijn, chronische vermoeidheid en cognitieve dysfunktie consistent met Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (ME/CVS) en ca. 50% van de MMF-patiënten voldeden aan de internationale criteria voor ME/CVS. ME/CVS is een ernstige, complexe, verworven aandoening die wordt geklassificeerd als een neurologische aandoening in de ‘WHO International Classification of Diseases’ sinds 1969 (ICD 10 G93.3) […]. De symptomen van ME/CVS lijken heel erg op die van post-infektueuze CVS. De onderliggende oorzaak van ME/CVS is onbekend maar er wordt gedacht dat de ziekte wordt getriggerd door een abnormale immuun-respons op een infektueus of toxisch agens, wat resulteert in chronische immuun-aktivatie. In het bijzonder hebben ME/CVS-patiënten een verhoogd risico op het ontwikkelen van bepaalde types B-cel lymfomen. Een dergelijke last voor de publieke gezondheid verdient continue inspanningen om de mogelijke oorzaken te onderzoeken en de pathologische mechanismen van CVS te begrijpen.

FAGOCYTEN TRANSPORTEREN ALUM-PARTIKELS NAAR DE LYMFOÏDE ORGANEN EN DAN NAAR DE HERSENEN

De conceptuele link tussen langdurige persistentie van alum-partikels in macrofagen op de plaats van een immunisatie en het voorkomen van nadelige systemische gebeurtenissen, in het bijzonder neurologische, is lang een onopgeloste vraag gebleven. Aluminium werd lange tijd geïdentificeerd als een neurotoxisch metaal, dat het geheugen, de cognitie en de psychomotor-controle aantast, neurotransmissie en synaptische aktiviteit verandert, de bloed-hersen-barrière (BBB) beschadigt, pro-oxidante effekten uitoefent, microglia en neuro-inflammatie aktiveert, het cerebrale glucose-metabolisme en mitochondriale funkties onderdrukt, interfereert met transcriptie-aktiviteit, en amyloid-beta [peptiden betrokken bij Alzheimer’s, kunnen ‘samenklonteren’ en ‘plaques’ vormen] en aggregatie van neurofilament [component van het cytoskelet van neuronen] bevordert. Daarnaast hebben alum-partikels een impact op het immuun-systeem via hun adjuvant effekt en vele andere manieren. Ze adsorberen vaccin-antigenen op hun oppervlak, wat hen beschermt tegen proteolyse zodat een persistent immunogeen pseudo-pathogen wordt gevormd [zie tweede link in onze inleiding]. Alum-partikels kunnen ook ongewenste rest-produkten – die inherent zijn aan vaccin-produktie procedures – binden, zoals werd aangetoond voor HPV DNA-sequenties of gist-proteïnen die potentieel gevaarlijk kunnen zijn. Ten slotte kunnen alum-partikels op een directe manier allergie induceren […].

Bezorgdheid over lange-termijn bio-persistentie van alum berust grotendeels op het vermogen van alum-partikels om afgelegen organen te bereiken er toxiciteit te geven. Dit vermogen werd gesuggereerd door meerdere studies. De referentie-studie over aluminium-hydroxide bio-beschikbaarheid gebruikte inspuitingen van alum verrijkt met het isotoop 26Al de spieren van konijnen: 26Al werd zwak geëlimineerd via de urine (6% op dag 28) en werd gedetekteerd in lymfeknopen, de milt, lever en hersenen. Of 26Al zich nog in partikel- of in oplosbare vorm bevond, werd niet onderzocht. Het lot van partikel-materiaal werd door ons team onderzocht bij muizen. We gaven achteréénvolgens i.m. injekties van alum-bevattend vaccin, fluorescente latex-parels en fluorescente nano-partikels bedekt met alum. Deze materialen werden snel gevangen door macrofagen, een groot deel infiltreerde de ingespoten spier, hoofdzakelijk met immune cellen, om dan de drainerende lymfeknopen te bereiken. Cellen beladen met partikels ontsnapten dan uit het lymfatisch systeem naar de bloed-circulatie, waarschijnlijk via de ductus thoracicus [grootste verzamelkanaal voor lymfe]. Daardoor kunnen ze afgelegen organen, zoals de milt en de lever, en – veel trager – het brein bereiken. Injektie met recombinant chemokine en het gebruik van genetisch gemodificeerde muizen toonde dat systemische bio-distributie van partikels cruciaal afhankelijk is van het monocyten chemo-attractant MCP-1/CCL2. Er werden in de hersenen partikels gevonden, voornamelijk in microgliale cellen. In overéénstemming met de goede algemene tolerantie voor alum, was penetratie tot de hersenen extreem laag onder normale omstandigheden. Brein-translokatie was echter significant verhoogd in geval van een gewijzigde BBB of na systemische en/of cerebrale toename van de MCP-1/CCL2 signalisering. Expressie van dit chemokine is onderworpen aan significante inter-individuele variaties die gerelateerd zijn met leeftijd en, genetische en omgeving-factoren. We hebben een selektieve toename van circulerend MCP-1/CCL2 bij CVS/ME-patiënten met MMF geïdentificeerd [Cadusseau J, Ragunathan-Thangarajah N, Surenaud M, Hue S, Authier FJ, Gherardi RK. Selective elevation of circulating CCL2/MCP1 levels in patients with longstanding post-vaccinal macrophagic myofasciitis and ASIA. Curr Med Chem (2014) 21: 511-7]. Het onevenwicht tussen het enorm aantal gevaccineerde individuen en het relatief laag aantal MMF-gevallen suggereert een cruciale betrokkenheid van individuele vatbaarheid-factoren bij de tolerantie van alum. De genetisch gedreven aanmaak van MCP-1/CCL2 zou één van deze factoren kunnen zijn.

Dus: alum en andere slecht bio-degradeerbare materialen opgenomen in de periferie door fagocyten, circuleren in de lymfe en het bloed, en kunnen binnendringen in de hersenen via een ‘Trojaans paard’ mechanisme gelijkaardig met dat dat wordt gebruikt door infektueuze partikels. Experimenten hebben aangetoond dat alum-toediening CZS-dysfunktie en schade kan veroorzaken, wat twijfel zaait over de veiligheid van alum.

HET CONCEPT ‘A.S.I.A.’

Vele ziekten van het centraal zenuwstelsel resulteren wellicht uit interakties tussen genen en de omgeving. Sommige, zoals idiopathische ME/CVS en Multipele Sclerose (MS), bleken geassocieerd met aluminium-‘overload’. Er werd ook een verhoogd risico op het ontwikkelen van MS lang na toediening van een alum-bevattend vaccin gerapporteerd en dit blijft onderwerp van fel debat.

Ongeveer 10% van onze MMF-patiënten hadden ook gelijktijdig voorkomende MS-achtige ziekten, bijkomend hadden 5-10% een andere auto-immune ziekte, zoals thyroiditis en diffuse inflammatoire myopathieën, en de overblijvende patiënten hadden occasioneel lage concentraties van verscheidene auto-antilichamen.

Yehuda Shoenfeld [Israël; zie inleiding] heeft het ‘auto-immuun (auto-inflammatoir) syndroom geïnduceerd door adjuvanten’ (A.S.I.A.) afgebakend, dat bevestigt dat meerdere combinaties van (i) specifieke auto-immune ziekten geïdentificeerd via goed-vastgelegde criteria, (ii) minder-specifieke symptomen, zoals spier-pijn, gewricht-pijn, chronische vermoeidheid en cognitieve stoornissen (de combinatie daarvan definieert ME/CVS); en (iii) het voorkomen van circulerende auto-antilichamen, kan optreden na blootselling aan een reeks chemische of natuurlijke produkten met immunologische adjuvant eigenschappen. Het bespreekbaar maken van A.S.I.A. is zeer nuttig, gezien het artsen kan alarmeren wanneer ze de hierboven genoemde symptomen tegenkomen, om te checken op voorafgaande vaccinaties en hen te helpen om een naam te plakken op dergelijke aandoeningen.

Symptomen geassocieerd met MMF zijn opvallend vergelijkbaar met deze beschreven als het Golf Oorlog Syndroom (GWS), een aandoening die sterk geassocieerd is met de toediening van meerdere vaccinaties aan soldaten, in het bijzonder het miltvuur-vaccin – het bevat alum, dat MMF kan induceren, en mogelijks squaleen [adjuvant, dat de immuun-respons sterk verhoogt; als het wordt ingespoten kan het waarschijnlijk auto-immuunreakties opwekken]. Op grond hiervan, stellen we voor een vaccin-adjuvant syndroom te beschrijven. Yehuda Shoenfeld redeneerde op dezelfde manier maar voegde zijn eigen ervaringen met siliconose, een complexe ziekte bij patiënten met lekkende siliconen borst-implantaten toegeschreven aan schadelijke siliconen-partikels, toe. Zodoende vergrote hij het oorzakelijk verband met elke stof met adjuvant-eigenschappen. A.S.I.A. majeure en mineure diagnostische criteria dienen nog internationaal te worden gevalideerd maar het A.S.I.A.-concept trok reeds de aandacht van de internationale humane en veterinaire medische gemeenschap.

ER DIENT VEEL TE GEBEUREN OM TE BEGRIJPEN HOE, BIJ SOMMIGE INDIVIDUEN, ALUM-BEVATTENDE VACCINS ONVEILIG KUNNEN WORDEN

Alum wordt al tientallen jaren gebruikt in concentraties die – door de industrie en de regulerende instanties – worden beschouwd als een acceptabel compromis tussen zijn rol als adjuvant en zijn toxische effekten. Het MMF-verhaal onthulde echter meerdere leemtes in de kennis omtrent alum-partikels, inclusief hun exact werking-mechanisme, hun lot na injektie, hun verspreiding over het systeem en hun veiligheid op lange termijn. Er werden inspanningen gedaan om nieuwe adjuvanten te ontwikkelen maar er werden geen pogingen ondernomen om de bezorgdheden omtrent veiligheid – opgeworpen omwille van hun bio-persistent karakter en opstapeling van alum-partikels in het brein – ernstig te onderzoeken.

Er zijn belangrijke vragen die moeten worden aangepakt omtrent de veiligheid-problemen rond alum [Wat is het meest toxisch? – Welke factoren dragen bij tot bio-persistentie en brein-translokatie? – Welke factoren bepalen de kwetsbaarheid?]. Het is belangrijk te zoeken naar genetische kwetsbaarheid-factoren die zouden kunnen verklaren waarom een bepaald individu intolerant is voor alum-bevattende vaccins terwijl de overgrote meerderheid geïmmuniseerd met hetzelfde vaccin gezond blijft. Sommige patiënten met MMF vallen in de HLA-DRB1*01 [gen coderend voor dit klasse-II histocompatibiliteit antigen] groep, die geassocieerd is met een verhoogd risico voor het ontwikkelen van auto-immune ziekten. Genetische factoren die de bio-distributie van alum beïnvloeden werden ook onderzocht. Overéénkomstig met experimenteel bewijs dat de CCL2/MCP-1 chemokine-signalisering brein-translokatie van gefagocyteerde partikels bestuurt en dat CCL2/MCP-1 serum-waarden selektief verhoogd zijn bij patiënten met MMF, toonde de genotypering van 252 symptomatische MMF-patiënten en 516 gezonde controles voor 4 ‘single nucleotide’ polymorfismen (SNPs) gelegen in het CCL2-gen aan dat het AG haplotype van het SNP rs3760396C (-927 G > C) geassocieerd was met een licht verhoogd risico op de ziekte. Interessant is dat het rs3760396 C-allel geassocieerd is met een hoger expressie-niveau van CCL2 in vitro […]. Deze preliminaire resultaten verdienen verder onderzocht te worden. Een ander research-domein omvat pogingen om te bekijken of subtiele genetisch bepaalde defekten in de cel-machinerie die wordt gebruikt om partikels te verwijderen, namelijk autofagie, kunnen bijdragen tot de langdurige bio-persistentie van alum-partikels, die zoals gerapporteerd intracellulaire persistentie van intestinale pathogenen bij die ziekte van Crohn verklaren. Cellen die hoofd bieden tegen microben gebruiken een speciale vorm van autofagie, genaamd ‘xenofagie’ als verdediging-mechanisme om intracellulaire pathogenen op te slokken en af te breken. Hetzelfde gaat op voor inerte partikels die fagocytose/endocytose ondergaan. Zoals hierboven vermeld, zijn kristal-partikels waarschijnlijk toxisch voor membranen, wat fagosomen en lysosomen zou kunnen destabiliseren, inflammasoom-assemblage triggeren en de autofagie-mechanismen belemmeren. Kristal-partikels bevorderen echter het overleven van macrofagen i.p.v. ze te doden. Macrofagen zullen dus continu vreemde partikels in hun cytosol waarnemen, net zoals ouder-wordende organellen of bakterieën, en zullen waarschijnlijk het autofagie-proces herhalen tot ze zich ontdoen van vreemde materialen. Het proces omvat compartimentalisering van partikels in dubbel-membraan autofagosomen en daaropvolgende samensmelting met herstelde en opnieuw aangezuurde lysosomen, blootstelling van antigen-gebonden alum-partikels aan een lysosomale zure pH (de enige factor die alum-kristallen kan oplossen) en zure hydrolasen [enzymen] die het antigen zullen afbreken. [beschrijving van het mechanisme] Genen coderend voor alle molekulen van het autofagie-mechanisme zijn onderhevig aan variaties die kunnen worden gescreend bij patiënten met MMF.

maart 20, 2015

Afzonderlijke immuun-signaturen bij vroege & late M.E.(cvs)

Filed under: Immunologie — mewetenschap @ 2:38 pm
Tags: , , ,

Nu en dan worden door M.E.(cvs)-researchers (en hun universiteiten en laboratoria) verregaande uitspraken gedaan op basis van preliminaire en/of (nog) niet gereproduceerde onderzoek-resultaten. Wij gaan daar meestal niet meteen op in. Als patiënten en hun pleitbezorgers echter worden meegesleept en misschien wel valse hoop worden gegeven, zien wij het als onze plicht tot wat meer nuance op te roepen.

Hier geven we de samenvatting mee van een onderzoek over veranderingen qua cytokinen in het verloop van de ziekte door een groep M.E.(cvs)-experten. Lezers kunnen de zoek-funktie (‘cytokine’) op deze website gebruiken en bekijken welke rapporten we daarover al meegaven, en de nuances/waarschuwingen die worden gemaakt. Cytokine-bepalingen zijn en blijven problematisch. Ze worden ook beïnvloed door inspanning…

Ook al lijkt de studie degelijk uitgevoerd (patiënten voldeden aan de Fukuda en de ‘Canadian Consensus’ Criteria, er werden allerhande controles ingebouwd), toch dient er te worden afgewacht of de resultaten kunnen worden gerepliceerd door andere onderzoeksgroepen. Statisch sterke correlaties betekenen nog niet dat er een oorzakelijk verband is. Het is dan ook voorbarig te denken dat er binnenkort een merker (of een combinatie) beschikbaar zal zijn. Er dient verder nog te worden gekeken naar de specificiteit en sensitiviteit van een bepaalde test. Komen deze cytokine-profielen bv. ook voor bij andere ziekten (M.S.)? De auteurs maken in de pers ook al gewag van het bestaan van mogelijke therapeutica (immuun-modificerende geneesmiddelen zoals bv. monoclonale antilichamen tegen interleukine-17A) maar deze moeten nog worden getest.

Een verklaring dat er “ondubbelzinnig bewijs is voor een diagnostische biomerker” lijkt ons wat overdreven. De resultaten zijn bemoedigend maar blijven voorlopig wat ze zijn tot ze door anderen worden bevestigd.

————————-

Sci. Adv. 1: e1400121 (2015)

Distinct plasma immune-signatures in ME/CFS are present early in the course of illness

Mady Hornig (1,2), José G. Montoya (3), Nancy G. Klimas (4), Susan Levine (5), Donna Felsenstein (6), Lucinda Bateman (7), Daniel L. Peterson (8), C. Gunnar Gottschalk (8), Andrew F. Schultz (1), Xiaoyu Che (1), Meredith L. Eddy (1), Anthony L. Komaroff (9), W. Ian Lipkin (1,2,10)

1 Centre for Infection and Immunity, Columbia University Mailman School of Public Health, New York, NY 10032, USA

2 Department of Epidemiology, Columbia University Mailman School of Public Health, New York, NY 10032, USA

3 Stanford University, Palo Alto, CA 94305, USA

4 Institute for Neuro-Immune Medicine, College of Osteopathic Medicine, Nova Southeastern University, Fort Lauderdale, FL 33314, USA, and Miami VA Medical Centre, Miami, FL 33125, USA

5 Levine Clinic, New York, NY 10021, USA

6 Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA 02114, USA

7 Fatigue Consultation Clinic, Salt Lake City, UT 84102, USA

8 Sierra Internal Medicine at Incline Village, Incline Village, NV 89451, USA

9 Harvard Medical School, Brigham and Women’s Hospital, Boston, MA 02115, USA

10 Departments of Neurology and Pathology, College of Physicians and Surgeons, Columbia University, New York, NY 10032, USA

Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (ME/CVS) is een onverklaarde invaliderende ziekte die tot 4 miljoen mensen aantast in de V.S. alleen. Er zijn geen gevalideerde laboratorium-testen voor de diagnose of het opvolgen, ondanks wereldwijde inspanningen om biomerkers voor de ziekte te vinden. We overwogen de mogelijkheid dat het onvermogen om dergelijke biomerkers te identificeren, variaties qua diagnostische criteria en laboratorium-methodes alsook het tijdstip van de staalname tijdens de ziekte weerspiegelt. Daarom ondernamen we 2 grote, multi-centra studies bij ME/CVS om het verband tussen immuun-signaturen en diagnose, ziekte-duur en andere klinische variabelen te bepalen. De controles werden gematcht voor variabelen waarvan is geweten dat ze immuniteit-toestand beïnvloeden (seizoen en geografische ligging, leeftijd en geslacht). We rapporteren hier verschillende wijzigingen in de immuun-signatuur in het plasma vroeg tijdens het verloop van ME/CVS (n = 52) t.o.v. gezonde controles (n = 348), die niet aanwezig zijn bij individuen met een langer-durende ziekte (n = 246). Analyses gebaseerd op ziekte-duur onthulden dat ‘vroege’ ME/CVS-gevallen een prominente aktivatie van zowel pro- als anti-inflammatoire cytokinen vertoonden, alsook ontregeling van inter-cytokine netwerken. We vonden een sterkere correlatie van cytokine-veranderingen met ziekte-duur dan met metingen ziekte-graad, wat suggereert dat de immunopathologie van ME/CVS niet statisch is. Deze bevindingen hebben kritieke implicaties voor het ontdekken van interventie-strategieën en vroege diagnose van ME/CVS.

————————-

Er werden (statistisch) significante verschillen werden gevonden tussen individuen met kort-durende en lang-durende M.E.(cvs), en tussen elke van deze groepen en gezonde controles. * Personen met kort-durende ziekte vertoonden een algemene upregulering (toename) van meerdere van de onderzochte cytokinen vergeleken met gezonde controles. * Personen met lang-durende ziekte vertoonden een algemene daling van de cytokine-waarden. De auteurs hypothiseren dat er een zgn. immuniteit ‘burn-out’ (immuniteit-uitputting) zou kunnen optreden na 3 jaar M.E.(cvs). * Als kort-durende en lang-durende zieken worden gecombineerd was er geen verschil met de gezonde controles. Dit is belangrijk aangezien het kan verklaren dat eerdere studies geen consistente resultaten gaven. Als de immune toestand inderdaad met de tijd verandert, zou het opéénhopen van patiënten nefast kunnen zijn.

Een belangrijke bevinding bij kort-durende ziekte was een verhoging van interferon-gamma, een cytokine dat wordt geaktiveerd bij virale infektie. Het team (met o.a. ‘virus-jager’ Lipkin) rapporteerde eerder dat ze geen bewijs voor aktieve virale infektie konden vinden bij dit staal. Misschien is M.E.(cvs) een geval van ‘hit & run’: een virus zou de ziekte kunnen triggeren en langdurende immuniteit-veranderingen veroorzaken nadat het virus zelf al uit het lichaam is verdwenen. Interferon-gamma versnelt de afbraak van tryptofaan (kynurenine-hypothese; dit mechanisme geeft aanleiding tot neurotoxische substanties – De auteurs hypothiseren dat hoge waarden IFN-γ vroeg in de ziekte de cognitieve problemen zouden kunnen veroorzaken.) en melatonine, wat ten dele de problemen qua energie-voorziening, stemming en slaap zou kunnen verklaren.

Leptine, was verhoogd in de totale M.E.(cvs)-groep (kort- & lang-durend). Dit komt overéén met de bevinding van Dr. Jarred Younger. Hij speculeerde (op het www) aan de hand van de resultaten van dit artikel dat een systemische inflammatie M.E.(cvs) zou kunnen aandrijven in een vroeg stadium maar dat gesensitiseerde microglia en astrocyten in het centraal zenuwstelsel dit doen in latere stadia. Vandaar ook dat cerbrospinaal vocht beter kan worden onderzocht i.p.v. van perifeer bloed.

Een andere bevinding is een vermindering qua CD40L (CD40 ligand; dat de B-cel rijping regelt) bij kort-durende ziekte t.o.v. lang-durende. Het is één van de slechts 2 (van de 51 onderzochte) cytokinen die waren verminderd bij kort-durende ziekte. Er zijn aanwijzingen dat B-cellen een belangrijke rol spelen bij M.E.(cvs) maar er zijn ook studies die geen abnormaliteiten vonden.

En zo verder …

De auteurs kondigen aan dat er wordt verder gezocht naar mogelijke ziekte-verwekkers en dat er ook zal wordt gekeken naar cytokinen in het hersenvocht. Ondertussen deed een andere groep rond M.E.(cvs)-specialist Dan Peterson daar ook al onderzoek naar (zie hieronder).

————————-

Mediators of Inflammation Volume 2015, Article ID 929720

Cytokines in the Cerebrospinal Fluids of Patients with Chronic Fatigue Syndrome/Myalgic Encephalomyelitis

Peterson D (2), Brenu EW (1), Gottschalk G (2), Ramos S (1), Ngyuen T (1), Staines D (1), Marshall-Gradisnik S (1)

(1) Griffith Health Institute, School of Medial Sciences, National Centre for Neuro-immunology and Emerging Diseases, Griffith University, Parklands,Queensland, Australia

(2) Simmaron Research, Incline Village, 948 Incline Way, Nevada, USA

Doelstellingen: Eerdere research leverde bewijs voor ontregeling van perifere cytokinen bij patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom/Myalgische Encefalomyelitis (CVS/ME). Slechts één studie onderzocht cytokinen in het cerebrospinaal vocht (CSV) van CVS/ME-patiënten. Het doel van de piloot-studie hier was het onderzoeken van de rol van cytokinen in CSV van CVS/ME-patiënten.

Methodes: Er werd CSV verzameld van 18 CVS/ME-patiënten en 5 gezonde controles. De CSV-stalen werden onderzocht qua expressie van 27 cytokinen [interleukine (IL)-1β, IL-1ra, IL-2, IL-4, IL-6, IL-7, IL-8, IL-9, IL-10, IL-12p70, IL-13, IL-15, IL-17, basis FGF, eotaxine, G-CSF, GM-CSF, IFN-γ, IP-10, MCP-1 (MCAF), MIP-1α, MIP-1β, PDGF-BB, RANTES, TNF-α en VEGF] gebruikmakend van de bio-plex humaan cytokine 27-plex test.

Resultaten: Van de 27 onderzochte cytokinen, was enkel IL-10 significant gereduceerd bij de CVS/ME-patiënten in vergelijking met controles.

Besluiten: Dit preliminair onderzoek suggereert verstoringen qua inflammatoire cytokinen in het CSV van CVS/ME-patiënten.

————————-

Zie ook ‘Variaties qua cytokinen bij M.E.(cvs)’…

Microgliale cellen in het centraal zenuwstelsel (CZS) hebben de capaciteit om cytokinen te secreteren. Hier werd bij M.E.(cvs) een daling van het anti-inflammatoir IL-10 vastgesteld. Dit cytokine heeft positieve en negatieve effekten op meerdere signalisering-mechanismen en zou dus inflammatoire signalen en cellulaire processen in het CSZ kunnen beïnvloeden. Een reductie qua IL-10 zou inflammatie in het CZS kunnen verhogen. Verminderde concentraties IL-10 zouden aanleiding kunnen geven tot de aanmaak van andere cytokinen (zoals IL-1β, IL-8, IL-6, IL-12 & TNF-α) maar deze bleken niet substantieel verhoogd, dus spelen er wellicht nog andere mechanismen.

Slechts één andere studie rapporteerde over IL-10 in het CSV van M.E.(cvs)-patiënten (Natelson BH et al. Spinal fluid abnormalities in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Clin Diagn Lab Immunol. (2005) 12: 52-55) en daar bleek het verhoogd. Dit kan te wijten zijn aan de heterogeniteit van de ziekte of aan het gebruik van andere analytische methodes.

Of het cytokinen-profiel in het CZS al dan niet gelijkaardig is met dat in het perifeer bloed dient dus nog te worden nagegaan. Meer studies bij grotere groepen individuen zijn vereist. Afwachten wat Hornig et al. (eerste artikel) vinden in het CSV.

« Vorige paginaVolgende pagina »

Maak een gratis website of blog op WordPress.com.

Volg

Ontvang elk nieuw bericht direct in je inbox.

Doe mee met 79 andere volgers