M.E.(cvs)-wetenschap

februari 1, 2017

Overzicht van het verband tussen vermoeidheid & genetische polymorfismen

Filed under: Genetica — mewetenschap @ 2:28 pm
Tags: , , , , , ,

Bij de database-search door de auteurs van onderstaand overzicht van studies aangaande het verband tussen ‘single nucleotide’ polymorfismen (SNPs) en vermoeidheid ontbreken een deel van de artikels die we op deze pagina’s (enter ‘SNP’ in ons zoek-venster) al meegaven (wellicht omdat ze na 2015 verschenen)… Er zullen naar o.i. nog SNPs opduiken die verband houden met vermoeidheid.

In dit overzicht vond men dat funktionele genetische variaties in mechanismen van neurotransmitter-regulering, HPA-as funktie en immuun-gemedieerde inflammatie een rol spelen bij het ontstaan van ‘CVS’. Het lijkt ons echter belangrijk te onderstrepen dat het onwaarschijnlijk is dat één enkel genetisch defekt verantwoordelijk is, maar dat daarentegen wellicht een interaktie tussen fouten in meerdere mechanismen aanleiding zullen geven of voorbestemmen tot de aandoening.

Naast de problemen die genetisch vastliggen, zullen omgevingsfactoren (epigenetica) ook een rol spelen. Een enkelvoudige/éénduidige factor voor het ontstaan van M.E.(cvs) lijkt ons te simpel. Lees daaromtrent ook: Landmark-Hoyvik H et al. The genetics and epigenetics of fatigue. PM & R: the journal of injury, function and rehabilitation (2010) 2: 456-465.

————————-

Brain, Behavior & Immunity (pre-print januari 2017)

A systematic review of the association between fatigue and genetic polymorphisms

Tengteng Wang (a,b), Jie Yin (b,c), Andrew H. Miller (d), Canhua Xiao (e)

a Department of Epidemiology, University of North Carolina at Chapel Hill Gillings School of Global Public Health, Chapel Hill, NC

b Department of Epidemiology, Emory University Rollins School of Public Health, Atlanta, GA

c Kaiser Permanente Northern California, Division of Research, Oakland, CA

d Department of Psychiatry and Behavioral Sciences, School of Medicine, Emory University, Atlanta, GA

e School of Nursing, Emory University, Atlanta, GA

Samenvatting

Vermoeidheid is één van de meest courante en kwellende symptomen, leidend tot aanzienlijk afgenomen kwaliteit van het leven bij een grote groep patiënten met verscheidene aandoeningen. Vatbaarheid voor vermoeidheid kan beïnvloed zijn door genetische factoren zoals ‘single nucleotide’ polymorfismen (SNPs), bijzonderlijk in de regulerende gebieden van relevante genen. Om verder het verband van SNPs met vermoeidheid in meerdere patiënten-populaties te onderzoeken, werd een systematische search in Pubmed, CINAHL, PsycINFO & de ‘Sociological Abstracts Database’ uitgevoerd op basis van met vermoeidheid gelinkte termen in combinatie met termen gerelateerd met polymorfismen of genetische variatie. Er voldeden in het totaal 50 artikels aan de inclusie- en exclusie-criteria voor deze analyse. Deze 50 werden verder geklassificeerd in 3 subgroepen: Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), kanker-gerelateerde vermoeidheid (CRF) en met andere ziekten gerelateerde vermoeidheid. SNPs in regulerende mechanismen van immuun- en neurotransmitter-systemen bleken belangrijke rollen te spelen in de etiologieën van of CVS, CRF en met ander ziekten gerelateerde vermoeidheid. Er werd bewijsmateriaal onthuld voor associaties tussen verhoogde vermoeidheid en specifieke polymorfismen in de TNF-alfa, IL1b, IL4 en IL6 genen voor alle 3 de subgroepen. We vonden ook dat een reeks polymorfismen in de HLA, IFN-gamma, 5-HT & NR3C1 genen bij CVS & met andere ziekten gerelateerde vermoeidheid; deze SNPs (met uitzondering van IFN-gamma) bleken echter niet adequaat onderzocht bij CRF. Hiaten in de kennis omtrent vermoeidheid-etiologie en aanbevelingen voor toekomstig onderzoek worden besproken.

1. Inleiding

Vermoeidheid is een courant symptoom dat moeheid, zwakte, gebrek aan energie en het onvermogen zich te concentreren omvat. Bij studies die de symptoom-prevalentie onderzoeken wordt vermoeidheid consistent in de top 3 gerapporteerd door patiënten met verscheidene ziekten. Vermoeidheid-symptomen kunnen een nadelig effekt hebben op sociale relaties, mentale gezondheid en dagelijkse aktiviteiten; en een uitgesproken daling qua globale kwaliteit van het leven veroorzaken bij ziekte en na behandeling. Ten behoeve van het verder begrijpen van de etiologie en pathofysiologie van vermoeidheid, kunnen vermoeidheid-symptomen worden gecategoriseerd in 3 belangrijke subgroepen: Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), kanker-gerelateerde vermoeidheid (CRF) en andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid.

[criteria]

Studies suggereren dat CVS, CRF en met andere ziekten gerelateerde vermoeidheid complexe aandoeningen zijn met een multi-factoriële etiologie waarbij meerdere mechanismen betrokken zijn. Hoewel CVS, CRF en andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid kwalitatief en kwantitatief van elkaar kunnen verschillen, kunnen ze ook biologische mechanismen voor aanvang en verslechtering of delen. Eerdere studies hebben getoond dat bij alle 3 het perifeer zenuwstelsel én het zenuwstelsel betrokken is. Daarnaast bestaat er een langdurige interesse naar de rol van het immuunsysteem bij de pathogenese en pathofysiologie van CVS en CRF, in het bijzonder de rol van inflammatoire cytokinen. Genetische componenten, zoals ‘single nucleotide’ polymorfismen (SNPs) in immuun- en neurotransmitter-gerelateerde genen, werden dus onderzocht. SNPs zijn variaties van één basepaar in de DNA-struktuur die worden gevonden bij 1% of meer van de bevolking (het meest courante type genetische variatie). Ze worden gemeten via gentypering-technieken op DNA uit perifeer bloed. SNPs die worden gevonden in regulerende gebieden van genen (funktionele SNPs), inclusief promoters, intronen en onvertaalde gebieden, kunnen in veel gevallen de expressie van de gerelateerde gen-produkten, inclusief proteïnen, beïnvloeden, waardoor de mechanismen betrokken bij de vatbaarheid voor vermoeidheid mogelijks worden beïnvloed.

Polymorfismen specifiek voor de 3 subgroepen van vermoeidheid zijn niet goed bekend en geen enkele studie heeft SNPs geïdentificeerd die gemeenschappelijk zijn voor deze subgroepen. Een systematisch overzicht van de beschikbare literatuur zou kunnen helpen bij het verduidelijken van gedeelde etiologieën via het onderzoeken van potentiële gemeenschappelijke verbanden tussen genetische polymorfismen en de verschillende vermoeidheid-subtypes. Bovendien zou deze informatie kunnen bijdragen tot een beter klinisch management van vermoeidheid-symptomen via het vermijden van een onderschatting qua prevalentie en onder-behandeling door klinici.

2. Methodes

Er werd een literatuur-‘search’ uitgevoerd in Pubmed [‘US National Library of Medicine, National Institutes of Health’], CINAHL [‘Cumulative Index to Nursing and Allied Health Literature’], PsycINFO [‘American Psychological Association’] & de ‘Sociological Abstracts Database’, op basis van de volgende sleutelwoorden: vermoeidheid EN (‘single nucleotide’ polymorfismen OF genetische variatie). Om de specifieke bezorgdheden met betrekking tot kanker-gerelateerde vermoeidheid te adresseren, werden andere sleutelwoorden toegevoegd: (kanker OF gezwellen OF tumor OF oncologie) EN (gen OF ‘single nucleotide’ polymorfismen OF genetische variatie). […] Evaluatie gebeurde door 2 ‘reviewers’ en de artikels werden voor meer uitgebreide ‘review’ geselekteerd a.h.v. de volgende inclusie en exclusie-criteria:

Inclusie-criteria: 1) duidelijke focus op Chronische Vermoeidheid Syndroom, kanker-gerelateerde vermoeidheid en met andere ziekten gerelateerde vermoeidheid; en 2) gegevens bevatten aangaande eender welk polymorfisme. Studies die individuen categoriseerden las vermoeid of niet (‘case-control’) en studies die vermoeidheid onderzochten als een continue variabele werden opgenomen.

Exclusie-criteria: 1) algemene overzichten, systematische ‘reviews’ en meta-analyse, editorialen, gevallen-studies en studies niet bij mensen uitgevoerd; 2) studies die niet focusten op de 3 types vermoeidheid; of 3) studies zonder gegevens over gen-polymorfismen.

[selektie-procedure]

De ‘Newcastle-Ottawa Scale’ (NOS) werd gebruikt ter beoordeling van de kwaliteit van niet-gerandomiseerde studies. De NOS bekijkt de kwaliteit in 3 domeinen: selektie van de studie-groepen, vergelijkbaarheid van de studie-groepen verzekering van de uitkomsten. […] Maximum totale score = 15 punten. […]

3. Resultaten

Er waren 50 artikels die voldeden aan onze inclusie- en exclusie-criteria, en deze werden gecategoriseerd in 3 subgroepen: CVS, CRF en andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid. Voor elke subgroep geven we een overzicht van onze bevindingen, de gerelateerde mechanismen en voorspelde effekten (indien mogelijk).

3.1. Chronische Vermoeidheid Syndroom

3.1.1 Overzicht

Er werden 16 artikels over CVS (gepubliceerd tussen 2003 & 2015) opgenomen in deze systematische ‘review’ (op basis van onze inclusie- en exclusie-criteria). Het aantal gevallen in deze studies varieerde van 35 tot 171. In 2 artikels werd het aantal controles niet gespecificeerd. Al deze studies gebruikten de 1994 Fukuda criteria [niet de striktere Canadese Consensus Criteria dus…] als definitie voor CVS. […] De gemiddelde kwaliteit-score was 7,5 (van 2 tot 13). De meest courante redenen voor lagere scores waren het niet vermelden van de methodes voor genotypering-blindering en onvoldoende beschrijving van verstorende factoren.

3.1.2 Mechanismen

Hoewel de pathofysiologische mechanismen voor CVS niet duidelijk zijn geïdentificeerd, leverden 12 van de 16 studies bewijsmateriaal ter ondersteuning van gen-gerelateerde mechanismen voor CVS. Deze mechanismen omvatten voornamelijk neurotransmitter-ontregeling (5 studies) (Fukuda et al. 2013; Narita et al. 2003; Smith et al. 2008; Smith et al. 2011; Sommerfeldt et al. 2011), hypothalamus-hypofyse-bijnier (HPA) as regulering (2 studies) (Lee et al. 2009; Rajeevan et al. 2007), inflammatoire/immunomodulerende responsen (4 studies) (Carlo-Stella et al. 2006; Carlo-Stella et al. 2009; Rajeevan et al. 2015; Smith et al. 2005) en andere mechanismen met betrekking tot metabolisme en uithouding (1 studie) (Vladutiu & Natelson 2004) [volledige referenties: zie verder]

3.1.2.1 Neurotransmitter-systeem – Het meest courante neurotransmitter-systeem gerelateerd met CVS was het serotonerg systeem. Een aantal polymorfismen in serotonine-transporters, receptoren en enzymen werden gelinkt met CVS. In een gevallen-controle studie [Narita M et al. Association between serotonin transporter gene polymorphism and Chronic Fatigue Syndrome. Biochemical and Biophysical Research Communications (2003) 311: 264-266] werd een polymorfisme in het ‘5’ upstream’ [vóór de initiatie-plaats van transcriptie] gebied van het serotonine-transporter gen (5-HTTLPR) geïdentificeerd bij CVS-patiënten maar niet bij controles. Daarnaast bleken 3 merkers gelegen in het 5-HT receptor subtype HTR2A geassocieerd met CVS [Smith AK et al. Genetic evaluation of the serotonergic system in Chronic Fatigue Syndrome. Psychoneuroendocrinology (2008) 33: 188-197]. Bijkomend bleken polymorfismen in de mono-amine synthetiserende enzymen, tyrosine-hydroxylase (TH) – dat dopamine [neurotransmitter] synthetiseert – en GTP-cyclohydrolase-I (GCH) – dat betrokken is bij het synthese-mechanisme van alle mono-amines [Mono-aminerge systemen – netwerken van neuronen mono-amine neurotransmitters gebruiken – zijn betrokken bij de regulering van cognitieve processen en bepaalde types geheugen.] – geassocieerd met de pathofysiologie van CVS [Fukuda S. et al. Association of monoamine-synthesizing genes with the depression tendency and personality in Chronic Fatigue Syndrome patients. Life Sciences (2013) 92: 183-186]. Er werd gevonden dat 2 polymorfismen in het adrenerg signalisering-mechanisme – inclusief de β2-adrenerge receptor en catechol-O-methyl transferase (COMT) dat noradrenaline kataboliseert – significant meer aanwezig bij CVS-patiënten […] [Sommerfeldt L et al. Polymorphisms of adrenergic cardiovascular control genes are associated with adolescent Chronic Fatigue Syndrome. Acta Paediatrica Norway (2011) 100: 293-298]. Tenslotte werden 2 genen betrokken bij andere neurotransmissie-systemen gevonden die geassocieerd zijn met CVS [Smith AK et al. Convergent genomic studies identify association of GRIK2 and NPAS2 with Chronic Fatigue Syndrome. Neuropsychobiology (2011) 64: 183-194], suggestief voor mogelijke rollen voor genen betrokken bij glutamaterge neurotransmissie en het circadiaans ritme.

3.1.2.2 Hypothalamus-Hypofyse-Bijnier as – NR3C1, een glucocorticoïd receptor [zie o.a. ‘Samenspel tussen de Glucocorticoid Receptor en Nuclear Factor-κB] gen met een invloed op het reguleren van de werking van de HPA-as en glucocorticoïden (cortisol) concentraties in het bloed trok aandacht bij de exploratie van het pathologische mechanisme voor CVS. Er werden ondersteunende resultaten geobserveerd in een gevallen-controle studie [Rajeevan MS et al. Glucocorticoid receptor polymorphisms and haplotypes associated with Chronic Fatigue Syndrome. Genes, Brain and Behavior (2007) 6, 167-176]: 4 merkers van NR3C1 bleken significant geassocieerd met CVS. Verder werd in een studie (gebruikmakend van een geïntegreerde benadering om het verband te zoeken tussen genotype-variatie en ziekte) getoond dat NR3C1 SNPs sterk geassocieerd waren met CVS [Lee E et al. An integrated approach to infer causal associations among gene expression, genotype variation and disease. Genomics (2009) 94: 269-277].

3.1.2.3 Inflammatie & Immuun-respons – Immune ontregeling en inflammatoire reakties kunnen ook bijdragen tot CVS. Een studie die focuste op humaan leucocyten antigen (HLA) klasse-II allelen vond een significante associatie tussen HLA-DQA1*01 en CVS [Smith J et al. Association of Chronic Fatigue Syndrome with human leucocyte antigen class II alleles. Journal of Clinical Pathology (2005) 58: 860-863]. Een andere studie [Carlo-Stella N et al. Molecular study of receptor for advanced glycation endproduct gene promoter and identification of specific HLA haplotypes possibly involved in Chronic Fatigue Syndrome. International journal of Immunopathology and Pharmacology (2009) 22: 745-754] vond dat de combinatie van RAGE-374A [RAGE = receptor die ‘advanced glycation endproducts’ (AGEs; “beschadigde proteïnen of lipiden”) bindt], HLA-DRB1*1104 [HLA = humaan leukocyten antigen; histocompatibiliteit-antigen], RAGE-374A en HLA-DRB1*1301 geassocieerd was met CVS, terwijl bij afzonderlijke expressie deze varianten niet geassocieerd waren met de ziekte. Er werd gevonden dat DRB1*1104 een beschermende factor is bij enkele expressie. Daarnaast vond men dat het cytokine SNP TNF-308 sterk geassocieerd was met CVS [Carlo-Stella N et al. A first study of cytokine genomic polymorphisms in CFS: Positive association of TNF-857 and IFNgamma 874 rare alleles. Clinical and Experimental Rheumatology (2006) 24: 179-182]. Dit verband werd verder ondersteund door een andere studie die associaties tussen 32 inflammatie- en immuun-gerelateerde SNPs en CVS aantoonde [Rajeevan MS et al. Pathway focused genetic evaluation of immune and inflammation related genes with Chronic Fatigue Syndrome. Human Immunology (2015) 76: 553-560].

3.1.2.4 Andere mechanismen – In een gevallen-controle studie die de genetica van het spier-metabolisme en fysieke uithouding onderzocht, werd gevonden dat M647V [plaats van het SNP] op het DCP1 [mRNA-‘decapping’ enzyme; reguleert translatie & mRNA-verval] gen geassocieerd was met CVS bij veteranen van de eerste Golf Oorlog [Vladutiu GD & Natelson BH. Association of medically unexplained fatigue with ACE insertion/deletion polymorphism in Gulf War veterans. Muscle & Nerve (2004) 30, 38-43].

3.1.3 Voorspeld effekt

Terwijl de meeste studies tot doel hadden de associatie te onderzoeken tussen SNPs en CVS, exploreerden meerdere studies de voorspellende effekten van SNPs voor CVS. Eén studie [Goertzel BN et al. Combinations of single nucleotide polymorphisms in neuroendocrine effector and receptor genes predict Chronic Fatigue Syndrome. Pharmacogenomics (2006) 7: 475-483] vond dat 28 SNPs gebruikt kunnen worden ter voorspelling van CVS met een accuraatheid van 76%. De meerderheid van de relevante SNPs waren gelegen in gebieden van TPH2, COMT of NR3C1. Een andere studie [Cifuentes RA & Barreto E. Supervised selection of single nucleotide polymorphisms in Chronic Fatigue Syndrome. Biomedica : Revista del Instituto Nacional de Salud (2011) 31: 613-621] vond ook een profiel van 13 SNPs ter voorspelling van CVS met een accuraatheid van 72,8%. De meerderheid van de polymorfismen geassocieerd met CVS traden op in 5-HTT en NR3C1. Bovendien vond een eerdere studie [Lin E & Hsu SY. A Bayesian approach to gene-gene and gene-environment interactions in Chronic Fatigue Syndrome. Pharmacogenomics (2009) 10: 35-42] dat een gen-gen effekt waatbij NR3C1 is betrokken, en een gen-omgeving effekt van NR3C1 en geslacht belangrijke rollen kunnen spelen bij CVS. Om de klinische diagnostische betekenis te onderzoeken observeerden Shimosako N & Kerr JR [Use of single-nucleotide polymorphisms (SNPs) to distinguish gene expression subtypes of Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis (CFS/ME). Journal of Clinical Pathology (2014) 67: 1078-1083] zagen dat 21 van 504 SNPs significant geassocieerd waren met CVS/ Myalgische Encefalomyelitis. De meeste waren gelegen in het ‘bone morphogenic protein-2-inducible protein kinase’ (BMP2K [coderend voor een kinase-enzyme]) gen, dat een belangrijke rol speelt bij skelet-ontwikkeling en patroon-vorming, en in het IL6ST gen [interleukine-6 signaal-transducer] (alias Glycoproteïne-130), dat codeert voor een trans-membraan proteïne als deel van type-I cytokine-receptor in de IL-6 receptor familie (dat de correcte ligand-binding en proteïnen-opvouwing verzekert).

3.2. Kanker-gerelateerde vermoeidheid

[…]

3.3. Met andere ziekten gerelateerde vermoeidheid

[…]

4. Bespreking

Het doel van deze systematische ‘review’ was om verband-patronen te bekijken tussen genetische polymorfismen en vermoeidheid (CVS, CRF en andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid), zowel individueel als collectief. We vonden dat funktionele genetische variaties (100% van de onderzochte SNPs in de associatie-studies waren funktioneel) in mechanismen van neurotransmitter-regulering, HPA-as funktie en immuun-gemedieerde inflammatie belangrijke rollen lijken te spelen in de etiologieën van CVS, CRF en andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid. Deze ‘review’ biedt empirische ondersteuning voor de associatie tussen funktionele polymorfismen in TNF-α, IL1b, IL4 & IL6 genen en verhoogde vermoeidheid voor alle 3 subgroepen van vermoeidheid. We vonden ook dat CVS een reeks polymorfismen in HLA, IFN-γ, 5-HT & NR3C1 genen deelt met andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid; deze SNPs (uitgezonderd IFN-γ) werden echter niet adequaat onderzocht bij CRF.

De bekeken studies tonen dat selekte neurotransmitter & HPA-as gerelateerde genen belangrijke rollen kunnen spelen bij het Chronische Vermoeidheid Syndroom en andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid. Specifiek: polymorfismen in 5-HT, NR3C1, POMC, MAOA, MAOB, TPH2, COMT, GRIK2 & NPAS2 bleken allemaal geassocieerd vermoeidheid. 5-HT, een mono-amine neurotransmitter die de stemming, eetlust en slaap reguleert, werkt via interakties met 5-HT receptoren, en vermoeidheid en stemming-aandoeningen zouden gereguleerd kunnen worden via het wijzigen van de expressie van deze receptoren. De glucocorticoïd receptor NR3C1 medieert feedback binnen de HPA-as en beïnvloedt de concentratie van het glucocorticoïd cortisol, dat een impact heeft op het metabolisme, het immuunsysteem en de hersenen, alsook stress-gerelateerd gedrag. Aangezien zowel lage en hoge waarden circulerend cortisol verband houden met CVS, kunnen HPA-as gerelateerde genen CVS beïnvloeden [Cleare AJ. The HPA axis and the genesis of chronic fatigue syndrome. Trends Endocrinol. Metab. (2004) 15: 55-59]. Zoals in onze ‘review’ besproken, was er een waaier aan neurotransmitter en HPA-as gerelateerde genen, (inclusief POMC, MAOA, MAOB & THP2) geassocieerd met CVS en andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid. Omwille van het feit dat deze polymorfismen niet ten volle werden onderzocht bij CRF, is het moeilijk te weten in welke mate specifieke neurotransmitters betrokken zijn. Toekomstige studies zijn vereist om het verband tussen neurotransmitter en HPA-as gerelateerde genen en CRF op te helderen.

De in de ‘review’ bekeken artikels onthullen dat de ontwikkeling van vermoeidheid wordt beïnvloed door immuun-ontregeling, waarbij specifieke funktionele SNPs en genotypes van TNFα, IL1b, IL4 & IL-6 bijdragen tot de verergering of het bestendigen van vermoeidheid. Cytokine gen-polymorfismen kunnen cytokine-produktie significant beïnvloeden. Deze bevindingen zijn consistent met eerdere studies die verbanden tussen cytokine-concentraties in het perifeer bloed en het voorkomen en de ernst van vermoeidheid hebben aangetoond. Een kwantitatieve ‘review’ suggereerde een positieve correlatie tussen vermoeidheid en circulerende concentraties van inflammatoire merkers. Belangrijker: genetische polymorfismen in deze mechanismen zouden een voorbestemdheid van de gastheer voor vermoeidheid kunnen aangeven [zie Carlo-Stella N et al. (2006) hierboven]. Bij de onderzochte cytokine SNPs was het GG-genotype van TNFα-308 het enige polymorfisme dat significant geassocieerd is met alle 3 de subgroepen van vermoeidheid. TNFα is een pro-inflammatoir cytokine betrokken bij de regulering van een brede waaier aan biologische processen. Deze bevindingen ondersteunen de hypothese dat een variatie in het TNF-α gen geassocieerd kan zijn met verschillen qua symptoom-frequentie en vermoeidheid-ernst. Deze hypothese was gebaseerd op bevindingen van klinische en experimentele studies bij mensen en dieren die suggereren dat tumor en/of ziekte-behandelingen verhoogde in vivo concentraties van TNF-α kunnen triggeren, die verder vermoeidheid via cytokine-regulering van de werking van het CZS beïnvloeden. Preliminair bewijsmateriaal suggereert ook dat de SNPs […] in IL-6 geassocieerd zijn met CRF tijdens en na behandeling. Belangrijk: deze SNPs werden niet bestudeerd bij CVS en andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid. Er zijn ook studies die suggereren dat bepaalde SNPs in IL1b, IL1RN, IL4 geassocieerd zijn met HIV en vermoeidheid-symptomen na beroerte. Daarnaast werd getoond dat HLA-DR genen/gen-produkten een immuun-regulerende rol spelen bij resistentie tegen of vatbaarheid voor andere infektueuze agentia. Relevant in dit opzicht: HLA-DR polymorfismen werden gelinkt met andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid (zoals chronische Q-koorts).

Naast de hierboven besproken neurotransmitter-, HPA-as en immuun-mechanismen, omvatten de genen gelinkt met andere mechanismen geassocieerd met CVS, CRF en andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid: HFE C282Y, DCP1, ACE, APOE, OATP1C1, AHSG & POLDIP3. Meerdere studies suggereren dat het polymorfisme HFE C282Y geassocieerd zou kunnen zijn met vermoeidheid bij patiënten met Hereditaire Hemochromatose (HH). Hereditaire Hemochromatose is een erfelijke ziekte, die bekend staat als ijzer-overbelasting, gekenmerkt door ontregelde ijzer-absorptie. Het is geweten dat de mutatie van C282Y in het HFE gen zeer frequent voorkomt bij patiënten met HH en één van de meest courante klinische manifestaties bij HH is vermoeidheid. Er dient echter nog meer werk te worden gedaan om de associatie tussen HFE C282Y en vermoeidheid te bevestigen.

4.1 Beperkingen en richtingen voor de toekomst

We zijn beperkt wat betreft het trekken van sterke conclusies uit het hierboven besproken werk omwille van beperkingen bij de individuele studies en algemene hiaten in de kennis omtrent vermoeidheid.

Het eerste voorbehoud dat dient te worden besproken is dat de grootte van de groepen voor alle in deze ‘review’ opgenomen studies relatief klein was. Van de 50 artikels in ‘t totaal, waren er slechts 7 (14%) met een groep groter dan 500. Er zijn bijkomende studies met grotere groepen nodig om meer statistische ‘power’ te verkrijgen, in het bijzonder gezien het feit dat individuele SNPs waarschijnlijk slechts zwak geassocieerd zijn met het risico. Met grotere groepen kunnen ook meer subgroep- (stratificatie) analyses worden uitgevoerd om vermoeidheid en verschillen met gezonden (op basis van leeftijd, ras, geslacht, enz.) verder te onderzoeken.

Het tweede voorbehoud bij het besproken werk is dat bij veel van de studies een accurate definitie ontbreekt, in het bijzonder voor CRF en andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid. Bv.: van de 50 beschreven studies, waren er slechts 20 die vermoeidheid conceptueel definieerden. Het zou kunnen dat ongerijmdheden tussen studies, wat betreft beschreven associaties tussen vermoeidheid en genetische polymorfismen, gelinkt zijn met alternatieve definities van vermoeidheid, alsook verschillende vereiste duur van de symptomen. Bovendien: anders dan voor CVS, ontbreken voor kanker- en andere ziekten gerelateerde vermoeidheid duidelijke definities van vermoeidheid met betrekking tot duur en ernst. Daarnaast kunnen we – omwille van het feit dat de meeste studies betreffende CRF en andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid geen controle-groep (d.w.z.. zonder de diagnose van kanker of een andere ziekte) omvatten, niet bepalen of het verband tussen deze polymorfismen en vermoeidheid specifiek was voor de ziekte-diagnose en/of -behandeling. Vermoeidheid kan ook toepasbaar zij op individuen in de algemene bevolking die symptomen ervaren ten gevolge bv. stressvolle omstandigheden. Ten slotte: omwille van verschillen qua studie-ontwerpen (bv. gevallen-controle of niet), zouden de resultaten van deze ‘review’ met voorzichtigheid dienen te worden geïnterpreteerd. Bv.: studies gebruikmakend van gevallen-controle ontwerpen die deelnemers als vermoeid of niet categoriseren, zouden vooringenomen effekten van een SNP-vermoeidheid verband (ziekte-mis-klassificatie vooroordeel) kunnen genereren, vergeleken met studies die vermoeidheid-ernst als een continue variabele als primaire uitkomst gebruiken.

Het derde voorbehoud is dat slechts 28% van de studies een longitudinaal ontwerp gebruikten om de associaties tussen genetische variaties en vermoeidheid te onderzoeken. Er zijn meer longitudinale studies nodig om de rollen van ziekte-progressie en behandeling te beoordelen bij vermoeidheid bij grepen patiënten. Het is mogelijk dat andere genetische verbanden met vermoeidheid zullen opduiken als dezelfde analyses worden uitgevoerd op verschillende tijdstippen van de ziekte of behandeling van een patient, aangezien klassificatie van ziekte-ernst met verloop van tijd kan veranderen.

Ten vierde: de meeste van deze studies gebruikten een kandidaat-gen benadering (alle genen en SNPs werden geselekteerd op basis van bestaande empirische literatuur en waren dus hypothese-gedreven) en daarom is het mogelijk dat sommige invloedrijke polymorfismen niet werden geïdentificeerd. Het valt op te merken dat er geen genoom-brede studies warden gevonden; dus bestaat er redelijke kans op vooringenomen bevindingen op basis van deze 50 artikels. Bijkomend: er werd geen uniform statistisch model gebruikt bij de geciteerde studies om SNPs-vermoeidheid associaties te beoordelen en dus werd ons oorspronkelijk plan voor een meta-analyse verhinderd. Bovendien was het gebruik van statistische methodes, om multipele vergelijkingen te maken, beperkt.

Ten slotte: ondanks alle hierboven vermelde bezorgdheden had onze ‘review’ 3 bijkomende beperkingen. Ten eerste: het zou kunnen dat we studies hebben gemist die nog aan de gang zijn en nog niet gepubliceerd. Ten tweede: hoewel we zochten in 4 openbare databases, zouden relevante studies gevonden kunnen geweest zijn gebruikmakend van andere databases of verschillende sleutelwoorden. Ten derde: we konden geen statistische analyse uitvoeren, aangezien er geen uniform genetisch statistisch model was gebruikt voor de studies, en er geen informatie die de verdeling van elke genotype of allel aflijnt die ons zou toelaten de SNPs-vermoeidheid associatie te bepalen/berekenen.

4.2 Sterktes

Selektie-vooringenomenheid is een frequente bezorgdheid bij observatie-studies wanneer deelname van de individuen gezamelijk afhangt van blootstelling en ziekte-status. De beoordeling van polymorfisme-prevalentie is echter niet onderhevig aan selektie-vooringenomenheid bij de veronderstelling dat genotype de participatie van individuen niet beïnvloedt […]. Dit is een sterkte van deze studies. Daarnaast verzamelden meer dan de helft van deze studies informatie betreffende belangrijke co-variabelen, waardoor niet-gemeten verstorende factoren werden verminderd.

5. Besluit

We vonden meerdere mogelijks belangrijke verbanden van SNPs gerelateerd met neurotransmitter-systemen, de HPA-as en immuun-gemedieerde inflammatie met vermoeidheid, inclusief CVS, CRF en andere ziekte-gerelateerde vermoeidheid. Ons overzicht suggereert een belangrijke rol voor cytokine SNPs in alle 3 de subgroepen van vermoeidheid. Daarnaast ondersteunt de ‘review’ het voortgezet gebruik van genetische en epigenetische perspectieven bij het beoordelen van de rol die neurotransmitters spelen bij persistente vermoeidheid bij kanker-overlevers. We bedenken dat de nieuwe kennis verkregen uit deze studies patiënten met CVS, kanker-overlevers en mensen met andere ziekten, en hun behandelaars en verzorgenden, kunnen helpen via de identificatie van specifieke genen met risico op vermoeidheid, […].

Advertenties

mei 27, 2016

NK-cellen & SNPs in ion-kanalen en receptor-genen bij M.E.(cvs)

Filed under: Genetica — mewetenschap @ 11:19 am
Tags: , , , , , ,

Onderstaand artikel is een integratie van resultaten betreffende TRP (‘SNPs in TRP ion-kanalen bij CVS’) en AChR (‘SNPs in in Acetylcholine Receptoren bij CVS’) gevonden in vol-bloed bij M.E.(cvs)-patiënten en het verder onderzoeken van deze bevindingen bij geïsoleerde NK-cellen. De lezer wordt aangeraden vooraf missschien ‘Immuniteit- en haemorheologische wijzigingen bij CVS’ (en ev. andere artikels betreffende NK-cellen alhier ook nog eens na te lezen…

In essentie rapporteert men hier over abnormale genen coderend voor ion-kanalen & receptoren in (geïsoleerde) ‘natural killer’ cellen. Men legt uit, op basis hiervan, waarom NK-cellen (onderdeel van het immuunsysteem) bij M.E.(cvs) niet goed funktioneren. Deze genen worden ook niet enkel gevonden in NK-cellen en met stelt dat de anomalieën verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor andere de andere symptomen van de ziekte.

Het research-team van het ‘National Centre for Neuroimmunology and Emerging Diseases’ (NCNED) – waartoe deze onderzoekers behoren – blijken op termijn ook een screening-test op de markt te willen brengen op basis van “nieuwe merkers geïdentificeerd op witte bloedcellen”. Het is niet helemaal duidelijk of de hieronder beschreven SNPs daar ook onder vallen maar naar aanleiding van het persbericht daarover sprak Prof. Staines echter over “zeer specifieke delen van genen die coderen voor bepaalde receptoren of proteïnen die belangrijke rollen spelen bij het metabolisme, neuronale en cardiovasculaire funktie, enz.”. Wellicht zal het een combinatie zijn met de door deze onderzoeksgroep eerder gerapporteerde en gepatenteerde miRNAs…

————————-

Application of Clinical Genetics Vol. 9, pp 39-47 (2016)

Natural killer cells and single nucleotide polymorphisms of specific ion channels and receptor genes in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Sonya Marshall-Gradisnik (1,2), Teilah Huth (1,2), Anu Chacko (1,2), Samantha Johnston (1,2), Pete Smith (2), Donald Staines (2)

1School of Medical Science, Menzies Health Institute Queensland, Griffith University, Gold Coast, QLD, Australia

2National Centre for Neuroimmunology and Emerging Diseases [NCNED], Menzies Health Institute Queensland, Griffith University, Gold Coast, QLD, Australia

Samenvatting

Doelstelling Het doel van dit artikel is om de cytotoxische aktiviteit van ‘natural killer’ (NK) cellen te bepalen, en te kijken of ‘single nucleotide’ polymorfismen (SNPs) en genotypes in ‘transient receptor potential’ (TRP) ion-kanalen en acetylcholine-receptoren (AChRs) aanwezig waren in geïsoleerde NK-cellen van patiënten die eerder de diagnose Myalgische Encefalomyelitis (M.E.)/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) kregen.

Individuen en methodes Er werd een totaal van 39 M.E./CVS-patiënten (51,69 ± 2 jaar oud) en 30 niet-vermoeide controles (47,60 ± 2,39 jaar oud) in deze studie opgenomen. Patiënten kregen de diagnose op basis van de CDC criteria. Er werd flow-cytometrie aangewend om de NK cytotoxische aktiviteit te onderzoeken. Er werd een totaal van 678 SNPs in geïsoleerde NK-cellen onderzocht (voor 21 zoogdier TRP ion-kanaal genen en 9 zoogdier AChR genen […]). SNP-associatie en genotype werd bepaald […].

Resultaten M.E./CVS-patiënten vertoonden een significante reductie qua percentage lysis van doelwit-cellen door NK (17% ± 4,68%) t.o.v. de niet-vermoeide controle-groep (31% ± 6,78%). Van de 678 onderzochte SNPs, werden 11 SNPs voor TRP ion-kanaal genen (TRPC4, TRPC2, TRPM3 & TRPM8) geïdentificeerd in de M.E./CVS-groep. 5 van deze SNPs waren geassocieerd met TRPM3, terwijl de rest geassocieerd was met TRPM8, TRPC2 & TRPC4 (P < 0.05). 14 SNPs bleken geassocieerd met nicotine en muscarine AChR genen: 6 met CHRNA3, de rest met CHRNA2, CHRNB4, CHRNA5 & CHRNE (P < 0.05). Er werden 16 genotypes geïdentificeerd met SNPs in TRP ion-kanalen en AChRs voor TRPM3 (n = 5), TRPM8 (n = 2), TRPC4 (n = 3), TRPC2 (n = 1), CHRNE (n = 1), CHRNA2 (n = 2), CHRNA3 (n = 1) & CHRNB4 (n = 1) (P < 0.05).

Besluit We identificeerden een aantal SNPs en genotypes voor TRP ion-kanalen en AChRs bij geïsoleerde NK-cellen bij patiënten met M.E./CVS, wat suggereert dat deze SNPs en genotypes betrokken kunnen zijn bij veranderingen qua NK-cel funktie en de ontwikkeling van M.E./CVS-pathologie. Deze anomalieën suggereren een rol voor de ontregeling van Ca2+ in AChR en TRP ion-kanaal signalisering in het pathomechanisme van M.E./CVS.

Inleiding

‘Natural killer’ (NK) cellen zijn granulaire [gekorrelde] lymfocyten die worden gevonden in het perifeer bloed, het beenmerg, de milt en in lymfeknopen. In het perifeer bloed beslaan NK-cellen 15% van de lymfocyten en ze kunnen worden gegroepeerd in 4 subtypes volgens de expressie op het cel-oppervlak en de densiteit van CD56 (neurale cel-adhesie molekule) en CD16 (FcγIII receptor, de lage-affiniteit receptor voor IgG). Deze fenotypes omvatten CD56brightCD16-/dim, CD56dimCD16bright, CD56dimCD16 & CD56CD16bright. Ongeveer 90% van de NK-cellen in het perifeer bloed zijn CD56dimCD16bright en de CD56bright beslaan ca. 10%. NK-cel cytotoxische aktiviteit vereist een aantal gereguleerde processen om apoptose [geprogrammeerde cel-dood] van de doelwit-cel te verzekeren.

Hoewel er weinig is geweten over Ca2+-signalisering in NK-cellen, werd er gezien dat het granule-afhankelijk pad voor apoptose calcium-afhankelijk is, terwijl het ‘death’-receptor mechanisme dat niet is. Bij apoptose bleken het transport van lytische proteïnen, exocytose [proces waarbij een vesikel (‘blaasje’ met inhoud) en het pre-synaptisch membraan samensmelten en de inhoud van het vesikel wordt vrijgegeven in de synaptische ruimte] en fusie duidelijk calcium-afhankelijk. Ca2+ is ook vereist voor de her-oriëntatie van microtubules [buisvormige proteïne-strukturen die deel uitmaken van het cel-skelet] en het actine-skelet [het proteïne actine is een onderdeel van het cel-‘geraamte’ dat bestaat uit verschillende soorten proteïne-polymeren, die samen zorgen voor stevigheid, vorm en beweeglijkheid], alsook de aktivatie van cytokinen gen-transcriptie. Bovendien hebben studies aangetoond dat er een verband bestaat tussen calcium-mobilisatie en het stopzetten van de degranulatie in PLCγ2-deficiënte NK-cellen [PLC = fosfolipase; PLC-gamma is een belangrijke regulator van intracellulair Ca2+].

‘Transient receptor potential’ (TRP) ion-kanalen komen tot expressie op bijna alle cellen en hebben een significant effekt op fysiologische funkties. Ontregeling van TRPs bleek geassocieerd met pathologische aandoeningen en ziekten, zoals kanker, skeletale abnormaliteiten, pijn-syndroom, enz. TRP ion-kanalen worden geaktiveerd bij aanwezigheid van irriterende stoffen, inflammatoire produkten en xenobiotische [lichaamsvreemde] toxinen, en hebben een belangrijke rol bij Ca2+-signalisering.

Acetylcholine (ACh) bindt op 2 membraan-proteïnen, namelijk de muscarine receptor (mAChR) en de nicotine receptor (nAChR), waarvan meerdere isoformen bestaan. ACh heeft niet-neuronale funkties, het non-neuronaal cholinerg system genaamd, in pancreatische β-cellen, gliale cellen, lymfocyten, ooglens-cellen en vasculair endothelium [= bedekkende cellen van bloedvaten] van het brein, dat gemedieerd wordt door Ca2+-signalisering. AChRs brengen aktivatie-signalen over in een waaier van menselijke weefsels, inclusief skelet- en gladde spieren, alle pre-ganglionische [van het CZS tot de ganglia (zenuw-knopen)] autonome zenuw-vezels, post-ganglionische [van de ganglia naar een orgaan] autonome parasympathische zenuwen, en op veel plaatsen over gans het centraal zenuwstelsel.

Myalgische Encefalomyelitis (M.E.)/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) heeft een ongekende etiologie en er is geen specifieke diagnostische test. De ziekte wordt grotendeels gekenmerkt door significante stoornissen van de lichamelijke aktiviteit en uitputtende vermoeidheid, en kan gepaard gaan met stoornissen van het geheugen, de cognitie en concentratie, meer spier- en gewricht-pijn, hoofdpijn, pijnlijke keel en lymfeknopen. Het is verder geassocieerd met ontregeling van het gastro-intestinaal, cardiovasculair en immuunsysteem. Belangrijk: NK-cel dysfunktie, in het bijzonder verminderde NK-cel cytotoxische aktiviteit, is een courante bevinding bij M.E./CVS-patiënten. We hebben eerder ‘single nucleotide’ polymorfismen (SNPs) geïdentificeerd in TRP ion-kanaal genen (TRPM3, TRPA1, TRPC4) en AChR genen (CHRM3, CHRNA10, CHRNA5 & CHRNA2) in perifeer bloed van M.E./CVS-patiënten. [Marshall-Gradisnik SM, Smith P, Brenu EW, Nilius B, Ramos SB, Staines DR. Examination of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in transient receptor potential (TRP) ion channels in Chronic Fatigue Syndrome patients. Immunol Immunogenet Insights. (2015) 7:1-6 /// Marshall-Gradisnik S, Smith P, Nilius B, Staines DR. Examination of single nucleotide polymorphisms in acetylcholine receptors in Chronic Fatigue Syndrome patients. Immunol Immunogenet Insights (2015) 7: 7-20; zie links onze inleiding] Deze SNP-anomalieën in genen coderend voor TRP ion-kanalen en AChRs kunnen gewijzigde receptor-proteïnen opleveren, die mogelijks de strukturen van TRP ion-kanalen en AChR, en ook hun funkties kunnen veranderen.

Het doel van deze studie was de NK cytotoxische aktiviteit te bepalen, alsook of SNPs en hun genotypes aanwezig waren in TRP ion-kanaal en AChR genen in geïsoleerde NK-cellen van M.E./CVS-patiënten.

Individuen en methodes

[…]

Resultaten

Deelnemers

Er waren 39 M.E./CVS-patiënten (51,69 ± 2 jaar) waarvan 71,79% vrouwen. Er waren 30 niet-vermoeide controles (47,60 ± 2,39 jaar) waarvan 56,67% vrouwen. […] Er werden geen significante verschillen gevonden qua tellingen van witte bloedcellen tussen M.E./CVS-patiënten en de niet-vermoeide controle-groep. […]

NK-cel zuiverheid

Er was geen significant verschil tussen de groepen wat betreft NK zuiverheid-graad. De zuiverheid van de NK-cellen na isolatie en aanrijking was > 93%.

NK-cel cytotoxische aktiviteit

Er was een significant verschil voor NK cytotoxische aktiviteit tussen de groepen wat betreft de E:T [effector/target’] ratio van 25:1 [de optimale verhouding voor het bepalen van de cytotoxische aktiviteit]. M.E./CVS-patiënten vertoonden een significante reductie qua NK percentage lyse van doelwit-cellen (17% ± 4,68%) vergeleken met de controle-groep (31% ± 6,78%).

SNP-analyse

Van de 678 SNPs geïdentificerd in TRP ion-kanaal and AChR genen van geïsoleerde NK-cellen, waren er 11 SNPs in TRP ion-kanaal genen (TRPC4, TRPC2, TRPM3 & TRPM8) die significant geassocieerd waren met de M.E./CVS-groep. Daarvan waren er 5 geassocieerd met TRPM3 […] terwijl de rest geassocieerd was met TRPM8 […] & TRPC4 […].

Er waren 14 SNPs geassocieerd met nicotine en muscarine AChR genen, waarvan er 6 met CHRNA3 […] en de rest met CHRNA2 […], CHRNB4 […], CHRNA5 […] & CHRNE […].

Genotype-analyse

Er werden 16 genotypes met SNPs geïdentificeerd die significant bleken voor TRPM3 (n = 5), TRPM8 (n = 2), TRPC4 (n = 3), TRPC2 (n = 1), CHRNE (n = 1), CHRNA2 (n = 2), CHRNA3 (n = 1) & CHRNB4 (n = 1). Van de als significant geïdentificeerde SNPs gingen we verder na of genotypes verschilden tussen de groepen. […] De ‘odds ratio’s [waarschijnlijkheid van het verband tussen aan- of afwezigheid van een bepaalde eigenschap en die van een andere eigenschap in een populatie] voor specifieke genotypes met SNPs in TRP & AChR genen in geïsoleerde NK-cellen varieerde tussen 3.13 & 11.39 voor M.E./CVS vergeleken met de niet-vermoeide controle-groep.

Bespreking

Verminderde NK-cel cytotoxische aktiviteit werd eerder al gerapporteerd bij M.E./CVS en de studie hier ondersteunt deze bevindingen. Het huidig onderzoek ondersteunt nieuwe bevindingen aangaande een aantal SNPs in genen coderend voor AChR en TRP varianten en genotypes van geïsoleerde NK-cellen van M.E./CVS-patiënten. Een bijkomende nieuwe bevinding is de identificatie van SNPs in TRPM3 & TRPM8 bij geïsoleerde NK-cellen, suggererend dat er TRPM3 & TRPM8 receptoren gelokaliseerd zijn op NK-cellen.

We rapporteren een significante reductie van de NK-lyse bij M.E./CVS-patiënten t.o.v. de niet-vermoeide controles. De rol van TRP ion-kanalen bij Ca2+-signalisering, en aangeboren en adaptieve immuun-cellen wordt meer en meer gedocumenteerd. De TRPs bleken TRP kation-kanalen [TRPC worden geaktiveerd door fosfolipase-C, membraan enzymen die fosfolipiden splitsen] en TRP-melastatine [TRPM; melastatine is een vermeende tumor-suppressor] subfamilies, voornamelijk TRPC1, TRPC3, TRPC5, TRPM2, TRPM4 & TRPM7 tot expressie te brengen. Deze kanalen zijn niet-selektief en doorlaatbaar voor calcium. Ca2+ speelt een sleutelrol bij fusie van lytische granules in NK-cellen, alsook bij het verzekeren dat lytische granules zich naar de immuun-synaps [de interface tussen een antigeen-presenterende cel of doelwit-cel en een lymfocyt zoals een effector-T-cel of NK-cel] verplaatsen om perforine en granzymes af te geven om doelwit-cellen te doden. Rho GTPase Miro [Mitochondriaal Rho GTPase; een enzyme met een belangrijke rol bij mitochondriaal transport, betrokken bij mitochondriale homeostase en apoptose] biedt een link tussen de mitochondrieën en de microtubules, waar het de Ca2+-afhankelijke stopzetting van de mitochondriale motiliteit medieert. Aangezien Miro mitochondriale polarisatie [ontstaan/opbouw van een spanningsverschil over de mitochondriale membranen] modificeert, zou het ook transport van lytische granules naar de immuun-synaps kunnen veranderen, alsook de lytische funktie, te wijten aan de modulatie door de Ca2+-concentratie in het cytosol via TRP-melastatine en AChR genen. Het is duidelijk: mitochondrieën spelen een belangrijke rol bij de werking van NK-cellen. De ontdekking dat mitochondrieën een waaier aan AChR-subtypes tot expressie brengen, inclusief nicotine-α3, die differentieel tot expressie komen naar gelang het weefsel-type, suggereert dat nAChRs een impact kunnen hebben op de mitochondriale funktie en regulering van oxidante stress. Interessant: we rapporteerden eerder een significante daling van de ‘respiratory burst’ [of ‘oxidative burst’; snelle afgifte van reaktieve zuurstof molekulen; speelt een belangrijke rol in het immuunsysteem] funktie van neutrofielen bij M.E./CVS-patiënten. [Brenu EW, Staines DR et al. Immune and hemorheological changes in Chronic Fatigue Syndrome. J Transl Med. (2010) 8:1; zie link onze inleiding]

TRPM2 en TRPM3 mobiliseren Ca2+, waarbij de laatste de Ca2+-signalisering bleek te mediëren voor polarisatie van cytolytische granules en degranulatie. [Na de herkenning van doelwit-cellen door NK-cellen worden NK-cel receptoren geaktiveerd, wat helpt bij de vorming van een immuun-synaps, waarbij cytolytische granules die perforine en granzymes bevatten, in dezelfde richting worden geleid.] […] Interessant is ook dat gelijkaardige bevindingen voor NK-cel funkties werden gerapporteerd in de M.E./CVS-research [Brenu EW et al. High-throughput sequencing of plasma microRNA in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. PloS One. (2014) 9: e102783 /// Brenu EW et al. Longitudinal investigation of natural killer cells and cytokines in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med. (2012)10: 88 /// Brenu EW et al. Immunological abnormalities as potential biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med. (2011) 9: 81], wat mogelijks suggereert dat de genotype-wijzigingen die hier werden gerapporteerd voor TRPM3 ook een gelijkaardige rol kunnen spelen bij polarisatie en degranulatie van cytolytische granules.

Van de 678 SNPs die werden onderzocht, waren er 11 varianten van TRP ion-kanalen en 14 varianten van AChRs die significant geassocieerd waren met M.E./CVS vergeleken met niet-vermoeide controles. De variante TRP-SNPs waren gelegen in de gen-sequentie van 2 [kanonieke] TRP ion-kanalen (TRPC2 & TRPC4) en 2 melastatine TRP ion-kanalen (TRPM3 & TRPM8). We rapporteren ook variante SNPs in genen coderend voor 2 van de CHRM3receptoren, 2 CHRM1receptoren, 6 CHRNA3receptoren, 3 CHRNA2receptoren en 1 CHRNA5receptor, alsook 1 CHRNB4-receptor en 1 CHRNE-receptor.

Deze research hier rapporteert significante SNP associaties van genotypes van AChRs in geïsoleerde NK-cellen van M.E./CVS-patiënten. Lymfocyten brachten muscarine en nicotine AChRs tot expressie, T- en B-cellen en monocyten brachten alle 5 de subtypes van mAChRs (M1-M5) tot expressie, terwijl nAChRs werden gevonden voor α2-α7, α9, α10, β2 & β10 subunits. Lymfocyten maken deel uit van een cholinerg systeem dat onafhankelijk is van cholinerge zenuwen, wat resulteert in de regulering van de immuun-funktie. AChR-agonisten bleken lymfocyten-cytotoxiciteit te versterken en hun intracellulair cyclisch guanosine-monofosfaat [cGMP; een cyclisch nucleotide met een belangrijke rol in verscheidene biochemische processen in de cel, een zgn. secundaire boodschapper voor intracellulaire signaal-overdracht] en inositol-1,4,5-trifosfaat [IP3; secundaire boodschapper bij signaal-overdracht en lipiden-signalisering] te verhogen, wat suggereert dat het lymfocyten cholinerg systeem betrokken is bij de regulering van de immuun-funktie via AChRs gekoppeld met fosfolipase-C via veranderingen in Ca2+. Er is onderzoek dat het belang heeft benadrukt van varianten bij het beïnvloeden van gen-transcripten door het veroorzaken van alternatieve ‘splicing’ [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.], wat resulteert in anomalieën in het boodschapper-RNA en translatie-produkten. We identificeerden ook SNPs en een genotype in CHRNE bij M.E./CVS-patiënten. Het is interessant dat deze SNP gelegen is in het 3’ onvertaald gebied [‘untranslated regions, UTR; RNA-gebied gelegen na de start van de ‘translatie’ dat instaat voor de regulering ervan): beïnvloeden dikwijls de gen-expressie], waar een bindingplaats is voor regulerende proteïnen alsook voor microRNAs (miRNAs). Door binding op specifieke plaatsen in het 3’ onvertaald gebied, kunnen miRNAs gen-expressie van meerdere boodschapper-RNAs doen dalen door het inhiberen van de translatie of het direct veroorzaken van degradatie van het transcript. Onze eerdere research vond significante verschillen qua NK cytotoxische aktiviteit, alsook qua miRNAs in geïsoleerde NK-cellen van M.E./CVS-patiënten. [Brenu EW et al. Cytotoxic lymphocyte microRNAs as prospective biomarkers for Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Affect Disord. (2012) 141: 261-269]

[Uitleg voor experten =>] Onderzoeken hebben gesuggereerd dat alternatieve ‘splicing’ in de coderende en ook niet-coderende sequenties significante onverwachte resultaten wat betreft het ‘splicing’-mechanisme van de gen-transcripten kunnen hebben. Het ‘splicen’ van genetische varianten gelegen in de exonen & intronen en de assemblage van het spliceosoom [complexe cellulaire ‘machine’ met een rol bij gen-expressie] dragen allemaal bij tot het ‘splicing’-mechanisme voor het correct coderen van een proteïne-sequentie. Bovendien zijn ‘enhancers’ [enhancer = kort stuk DNA dat kan binden met proteïnen (aktivatoren) om transcriptie van (een) gen(en) te aktiveren] en ‘silencers’ [transcriptie-regulerende factoren die zorgen voor verlaging of volledige onderdrukking van de vorming van RNA] gelegen in de exonen of intronen een integraal deel bij de herkenning van de correcte exon-sequentie. Belangrijk is dat intronen in staat zijn aktieve spliceosomen te genereren, wat aanleiding geeft tot alternatieve ‘splicing’. Gen 80036 (TRPM3) is geassocieerd met calcium-binnenkomst en calcium-opslag depletie via verschillende isoformen die geïdentificeerd werden via alternatieve ‘splicing’. Een gebied dat onontbeerlijk is voor kanaal-funktie [‘indispensable for channel function’; ICF] is een gebied van 18 aminozuren waarvan de afwezigheid zorgt dat de kanalen funktioneel niet in staat zijn om calcium-binnenkomst te mediëren, en dat bleek te ontbreken in een TRPM3 variant. Co-expressie van deze TRPM3 ICF varianten met funktionele TRPM3 ion-kanalen toonde daarenboven verstoorde calcium-mobilisatie. Aangezien TRPM3 ICF varianten overvloedige expressie vertonen in vele weefsels en cel-types, en 15% van alle TRPM3 isoformen uitmaken, kan de expressie op NK-cellen een mogelijke verklaring bieden voor gedaalde cytotoxische aktiviteit bij M.E./CVS-patiënten. Bepaalde ‘splice’-varianten, zoals TRPM3α1, kunnen mogelijks begunstigd zijn, culminerend in een gedaalde NK-cel cytotoxische respons en hitte-detektie, inclusief ontregeling van thermoregulerende responsen, nociceptie en transmissie van pijn, zoals centrale en perifere pijn-perceptie. Bovendien bleek TRPM8 ook geaktiveerd bij koude en schadelijke stimuli, wat suggereert dat de hier gerapporteerde genotype-wijzigingen overéénkomen met de klinische presentatie van thermoregulerende responsen, nociceptie, en transmissie van centrale en perifere pijn bij M.E./CVS-patiënten.

Onze resultaten suggereren dat SNP-varianten en genotypes gerapporteerd in NK-cellen wellicht niet exclusief zijn voor dit type immuun-cel. AChRs en TRP ion-kanaal receptoren komen overvloedig voor op meerdere cel-types en controleren andere funkties in lichamelijke systemen. Ca2+-signalisering in de context van TRP ion-kanalen en AChR-funktie is vitaal voor de werking van het centraal zenuwstelsel, en er is veel variëteit qua nicotine receptoren die tot expressie komen in dierlijke en menselijke immuun-cellen. Op te merken valt dat nAChRs betrokken bleken bij het wakker worden, slaap en vermoeidheid, alsook de funkties die verantwoordelijk zijn voor het verwerken van pijn, geheugen en cognitie, die allemaal klinische symptomen bij M.E./CVS zijn.

Besluit

In deze studie identificeerden we, voor de eerste keer, SNPs in genen coderend voor TRPM3 en TRPM8 ion-kanalen in geïsoleerde NK-cellen. We identificeerden ook talrijke SNPs in nAChRs samen met andere TRP-kanalen in geïsoleerde NK-cellen, wat de belangrijke rol van het niet-neuronale ACh systeem bij NK-cel funktie zou kunnen verklaren. Anomalieën in genotypes van TRP ion-kanalen en AChRs suggereren dat veranderd calcium een belangrijke funktionele consequentie kan zijn, niet enkel voor NK-cellen maar ook afhankelijk van weefsel-type, vatbaarheid of voorbestemdheid voor M.E./CVS.

april 15, 2016

Mitochondriale DNA varianten correleren met symptomen van M.E.(cvs)

Filed under: Genetica — mewetenschap @ 6:49 am
Tags: , , ,

Maureen R. Hanson staat aan het hoofd van het Hanson Laboratorium, van de Afdeling Molekulaire Biologie en Genetica van de Cornell Universiteit. Een team onder haar leiding voerde onderstaande studie uit. Dit werk werd hoofdzakelijk ondersteund door het ‘Chronic Fatigue Initiative’.

Mitochondrieën zijn de sub-cellulaire organellen verantwoordelijk voor de aanmaak van ATP, de energie-bron van cellen. Mitochondrieën zijn opgebouwd uit molekulen die worden gecodeerd door het nucleair genoom (DNA dat zich in de nucleus, kern bevindt) alsook door het mitochondriaal genoom (een kleinere hoveelheid DNA aanwezig in elk van dit organel). Defekten in het mitochondriaal DNA kunnen leiden tot genetische aandoeningen. Het mitochondriaal genoom van gezonde mensen vertoont ook wat natuurlijke variatie – componenten van het mitochondriaal DNA verschillen soms tussen individuen – dat noemt men een SNP (‘single nucleotide polymorphism’, één enkel nucleotide verschilt). Dikwijls verschilt meer dan één SNP tussen een populatie van mensen en een andere. Deze verschillende types mitochondriale genomen, gebaseerd op een specifieke set SNPs, noemt men haplogroepen. Zelfs mensen wiens mitochondriaal DNA tot dezelfde haplogroep behoort, kunnen van elkaar omwille van variatie in bijkomende SNPs. Sommige mitochondriale SNPs bleken verband te houden met verscheidene kenmerken (bv. vatbaarheid voor diabetes of inflammatoire ziekten).

Wat het nog ingewikkelder maakt is dat er veel individuele mitochondrieën in dezelfde cel zijn en dus veel copieën van mitochondriaal DNA in elke cel. Soms ontstaan nieuwe mutaties zodat sommige copieën van het DNA in dezelfde cel (en dus bij dezelfde persoon) van elkaar verschillen. Dit wordt ‘heteroplasmie’ genoemd. Wanneer cellen groeien en vermenigvuldigen, kan er per toeval een ongelijkmatige verdeling van normaal tegenover abnormaal DNA in verschillende cellen ontstaan. Als mitochondriaal DNA met een schadelijke mutatie het overheersend type wordt in een bepaald weefsel, zullen ernstige symptomen ontstaan.

In de studie worden de volgende vragen gesteld: Waren er bij door 6 erkende experten geïdentificeerde M.E.(cvs)-patiënten mensen die een verkeerde diagnose kregen en eigenlijk aan een mitochondriale genetische ziekte leden? /// Dragen mensen met M.E.(cvs) meer copieën mitochondriaal DNA met schadelijke mutaties dan gezonde mensen (heteroplasmie)? /// Lijden mensen behorende tot één bepaalde haplogroep meer waarschijnlijk aan M.E.(cvs)? /// Ervaren mensen met bepaalde SNPs meer waarschijnlijk bepaalde symptomen of hebben ze ernstiger symptomen?

Er was bij geen enkele van de patiënten een aanwijzing voor mitochondriale ziekte. Men vond bovendien geen verschil in de mate van heteroplasmie, ook geen verhoogde vatbaarheid voor M.E.(cvs) bij individuen die tot bepaalde haplogroepen behoren of bepaalde SNPs vertoonden binnen een haplogroep. Er werden wel verbanden gevonden tussen bepaalde SNPs en een aantal symptomen en de ernst ervan. Dit betekent niet dat als je één van die SNPs in je mitochondriaal DNA hebt, dat je dan onvermijdelijk een bepaalt symptoom zult ervaren of dat dit bepaalde symptomen ernstiger zouden zijn. Individuen die drager zijn van dat SNP hebben wel een groter risico voor bepaalde types symptomen eens ze ziek worden.

De vraag is nu: hoeveel van de variatie in symptomen is het resultaat van hun verschillend nucleair en/of mitochondriaal materiaal, in plaats van de variatie qua uitlokkende oorzaak? Hanson heeft het op haar website over het raadselachtige van de diversiteit qua symptomen en variatie van de ernst ervan. Die verschillen zouden niet als bewijs mogen worden genomen voor het feit dat meer dan één aanval de ziekte kan initiëren, noch dat patiënten verschillende onderliggende problemen hebben. Het blijft mogelijk dat de diversiteit van de ziekte het resultaat is van genetische diversiteit eerder dan van het bestaan van meerdere fundamentele oorzaken.

Of mitochondrieën verstoord zijn bij M.E.(cvs) is nog niet definitief vastgesteld. Mitochondrieën kunnen direct of indirect aangestast zijn. Een stoornis in het metabolisme of de regulering van genen kan bv. verhinderen dat mitochondrieën behoorlijk werken. Theoretisch kunnen mitochondrieën aangetast zijn via een onbekend auto-immuun mechanisme.

Voor nog wat meer achtergrond: lees o.m. ook ‘M.E.(cvs) als Mitochondriale Ziekte’, alsook ‘Verhoogde aanwezigheid van 2 mitochondriale DNA polymorfismen bij CVS’, alwaar Prof. Kerr en collega’s rapporteren dat 2 mtDNA-polymorfismen waarschijnlijk het risico op het ontwikkelen van meerdere “funktionele syndromen” bepaalt…

————————-

Journal of Translational Medicine (2016) 14: 19

Mitochondrial DNA variants correlate with symptoms in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Billing-Ross P, Germain A, Ye K, Keinan A, Gu Z, Hanson MR

Cornell University, Ithaca, NY, USA

Samenvatting

Achtergrond We stellen als hypothe dat mitochondriale dysfunktie voorkomt bij Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS), een ziekte gekenmerkt door vermoeidheid, cognitieve problemen, pijn, malaise en inspanning-intolerantie. We onderzochten of het type haplogroep, ‘single nucleotide’ polymorfismen (SNPs) of heteroplasmie van mitochondriaal DNA (mtDNA) geassocieerd waren met gezondheid-status en/of symptomen.

Methodes Er werd sequentie-bepaling van (via PCR vermeervuldigd) mtDNA uitgevoerd om de sequentie en mate van heteroplasmie te analyseren van mtDNAs van 193 patiënten en 196 voor leeftijd en geslacht gematchte controles (DNA-stalen verzameld in het kader van het ‘Chronic Fatigue Initiative’). Er werd getest op mogelijke correlaties van mitochondriale sequenties en symptomen/ernst (gerapporteerd via de ‘Short Form-36’ en ‘DePaul Symptom Questionnaire’).

Resultaten Er waren geen individuen met M.E./CVS die gekende ziekte-veroorzakende mtDNA-mutaties vertoonden. De mate van heteroplasmie was laag bij alle individuen. Hoewel er geen associatie tussen mtDNA SNPs en M.E./CVS vs. gezonde status werd geobserveerd, waren de haplogroepen J, U en H alsook 8 SNPs bij M.E./CVS-patiënten significant geassocieerd met individuele symptomen, symptoom-clusters of symptoom-ernst.

Conclusies Analyse van mitochondriale genomen bij M.E./CVS-patiënten geeft aan dat individuen van een bepaalde haplogroep of drager van specifieke SNPs meer waarschijnlijk bepaalde neurologische, inflammatoire en/of gastro-intestinale symptomen vertonen. Er werd geen toegenomen vatbaarheid voor M.E./CVS geobserveerd bij mensen met bepaalde mitochondriale genomen of SNPs.

Achtergrond

[…] Mitochondriale dysfunktie bleek betrokken bij M.E./CVS in meerdere studies. Een onderzoeksteam publiceerde 3 studies over M.E./CVS die rapporteerden over verstoorde mitochondriale aktiviteit in neutrofielen (via een indirecte test voor oxidatieve fosforylatie d.m.v. ATP-meting) [Myhill S et al. Targeting mitochondrial dysfunction in the treatment of Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS) – a clinical audit. Int J Clin Exp Med. (2013) 6: 1-15]. Interpretatie van neutrofiel-studies is moeilijk omwille van het feit dat neutrofielen minder mitochondrieën hebben dan spiercellen of andere types bloedcellen. In tegenstelling tot de neutrofiel-analyses, rapporteerden 2 research-groepen er geen detekteerbare verschillen waren tussen de aktiviteiten van mitochondriale complexen die ze testten in perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMCs) van M.E./CVS-patiënten t.o.v. controles [Vermeulen RC et al. Patients with Chronic Fatigue Syndrome performed worse than controls in a controlled repeated exercise study despite a normal oxidative phosphorylation capacity. J Transl Med. (2010) 8: 93; zie ‘Oxidatieve fosforylatie na herhaalde inspanning bij CVS]. Er werden geen ultrastrukturele abnormaliteiten geobserveerd in mitochondrieën van spieren van M.E./CVS-patiënten (via elektronen-microscopie) [Plioplys AV, Plioplys S. Electron-microscopic investigation of muscle mitochondria in Chronic Fatigue Syndrome. Neuropsychobiology (1995) 32: 175-81]. Een andere groep maakte echter melding van normale mitochondriale aktiviteit maar gedaalde mitochondriale inhoud in skelet-spieren van M.E./CVS-patiënten [Smits B et al. Mitochondrial enzymes discriminate between mitochondrial disorders and Chronic Fatigue Syndrome. Mitochondrion (2011) 11: 735-8]. Bovendien noteerden 2 studies een lagere coenzyme-Q inhoud in bloedcellen of plasma van M.E./CVS-patiënten [bv. Castro-Marrero J et al. Could mitochondrial dysfunction be a differentiating marker between Chronic Fatigue Syndrome and fibromyalgia? Antiox. Redox Sig. (2013) 19: 1855-60; zie ‘Mitochondriale dysfunktie – Differentiërende merker tussen CVS & FM?].

De literatuur betreffende bio-energetische funktie van hart- en/of skelet-spier (geanalyseerd via magnetische resonantie spectroscopie) bij M.E./CVS is ook tegenstrijdig: sommigen rapporteren abnormaliteiten bij M.E./CVS-patiënten, terwijl anderen een normale werking aangeven [Hollingsworth KG, Newton JL et al. Impaired cardiovascular response to standing in Chronic Fatigue Syndrome. Eur J Clin Invest. (2010) 40: 608-15 zie ‘Verstoorde cardiovasculaire respons op staan bij CVS’ /// Lane RJ et al. Heterogeneity in Chronic Fatigue Syndrome: evidence from magnetic resonance spectroscopy of muscle. Neuromuscul Dis. (1998) 8: 204-9 /// Wong R et al. Skeletal muscle metabolism in the Chronic Fatigue Syndrome. In vivo assessment by 31P nuclear magnetic resonance spectroscopy. Chest (1992) 102: 1716-22 /// McCully KK, Natelson BH et al. Blood flow and muscle metabolism in Chronic Fatigue Syndrome. Clin Sci. (2003) 104: 641-7 /// McCully KK, Natelson BH et al. Muscle metabolism with blood flow restriction in Chronic Fatigue Syndrome. J Appl Phys. (2004) 96: 871-8]. Het kan zijn dat slechts een deel van de gevallen abnormaliteiten vertonen, die daardoor niet opgepikt worden wanneer de grootte van het staal beperkt is. Ofwel kunnen mitochondriale defekten of problemen qua bloeddoorstroming in de spieren resulteren in abnormale bevindingen in spectroscopische studies.

Er is weinig informatie beschikbaar betreffende de mitochondriale genomen van individuen met M.E./CVS. Bepaalde variaties in menselijke mitochondriale genomen bleken geassocieerd met verschillende fenotypes zoals klimaat-aanpassing, tolerantie voor grote hoogte en obesitas, of verhoogde of verminderde vatbaarheid of ernst van medische problemen zoals (o.a.) diabetes, sepsis, beroerte, Alzheimer’s & Parkinson’s, en hypertensie.

Menselijke populaties hebben overgeërfde polymorfismen die verschillende mitochondriale DNA (mtDNA) haplogroepen vertegenwoordigen. Het effekt van een nucleotide-polymorfisme kan variëren afhankelijk van het mitochondriaal genoom waarin het ontstaat. Het testen van de verbanden met het type haplogroep is daarom waardevol bij het analyseren van de rol van mtDNA-polymorfismen bij metabole ziekten. Bijvoorbeeld: een dergelijke aanpak werd gebruikt bij de ontdekking dat mitochondriale haplogroep-N9 bijdraagt tot resistentie tegen type-II diabetes bij Aziaten. Een studie bij individuen met Europese haplotypes bepaalde of 2 SNPs in een patiënten-groep al dan niet geassocieerd waren met symptomen en rapporteerde een verband van 1 SNP met pijn, chronische vermoeidheid en abnormale gastro-intestinale motiliteit [Boles RG et al. Hurt, tired and queasy: specific variants in the ATPase domain of the TRAP1 mitochondrial chaperone are associated with common, chronic “functional” symptomatology including pain, fatigue and gastro-intestinal dysmotility. Mitochondrion (2015) 23:64-70]. Een andere studie van mitochondriale genomen bij 162 M.E./CVS-patiënten met haplogroep-H rapporteerde een verband tussen ziekte met een SNP [Boles RG et al. Increased prevalence of two mitochondrial DNA polymorphisms in functional disease: are we describing different parts of an energy-depleted elephant? Mitochondrion (2015) 23:1-6; zie ‘Verhoogde aanwezigheid van 2 mitochondriale DNA polymorfismen bij CVS].

Er zijn geen onderzoeken aangaande de heteroplasmie (aanwezigheid van meer dan één type mitochondriaal genoom) bij M.E./CVS-patiënten t.o.v. controles. Er kunnen somatische mutaties [somatische of lichaam-cellen; hun erfelijk materiaal wordt niet aan de volgende generatie doorgegeven] in mitochondriale genomen voorkomen en het is geweten dat de effekten bij het ouder-worden zich opstapelen of vermeerderen. Door het verkrijgen van volledige mitochondriale genoom-sequenties uit cellen van M.E./CVS-patiënten en een voor leeftijd gematchte groep, is het mogelijk om te bepalen of patiënten meer somatische mutaties (dan verwacht) hebben in mitochondriaal DNA. Een onderzoek naar heteroplasmie in mitochondriaal DNA van 1.085 [gezonde] individuen vond dat 90 % ten minste één variant genoom droeg en 20 % had sequentie-varianten die bekend staan als pathogeen. De frequentie van pathogene genomen in een individu kan worden onderzocht via sequentie-bepaling van mitochondriaal DNA, om zo te bepalen of een drempel werd bereikt waarbij ziekte duidelijk wordt.

Heteroplasmische pathogene mutaties kunnen ook worden doorgegeven via de kiemlijn [kiem- of geslacht-cellen bevatten de helft van de chromosomen van een somatische cel], wat leidt tot mitochondriale ziekte als het aandeel mutante genomen voldoende groot is geworden om de werking te verstoren. Bijvoorbeeld: de m.3243A>G mutatie kan mitochondriale encefalopathie met lactaat-acidose en beroerte (MELAS) veroorzaken wanneer de frequentie hoger is dan 59 %.

We ondernamen een studie van de mitochondriale genomen in een groep van voor geslacht en leeftijd gematchte M.E./CVS-patiënten en controles van overwegend Europese origine. We voerden ‘next-generation’ sequentie-bepaling uit om de mtDNAs van de individuen te karakteriseren wat betreft haplotype, SNPs en heteroplasmie. We deden associatie-testen om te bekijken of SNPs significant verband hielden met de M.E./CVS-status of met bepaalde symptomen en hun ernst in de patiënten-groep.

Methodes

[…]

Resultaten

Alle individuen kwamen uit een grote studie ondersteund door het ‘Chronic Fatigue Initiative’ (CFI) [Klimas NG et al. Findings from a clinical and laboratory database developed for discovery of pathogenic mechanisms in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Fatigue (2015) 3: 75-96]. De individuen kregen een diagnose via artsen gespecialiseerd in M.E./CVS en voldeden aan de Fukuda criteria en/of de Canadese consensus criteria. […]

Causale mitochondriale ziekte varianten

Gemiddeld waren er 23,2 ± 11,3 SNPs bij de patiënten en 25,8 ± 12,4 bij controles t.o.v. de Cambridge referentie-sequentie. Polymorfismen die werden gezien in de consensus-sequenties van alle individuen werden vergeleken met de MITOMAP database (gerapporteerde, met ziekte geassocieerde mutaties) om te bepalen of er individuen waren met ziekte-veroorzakende mtDNA SNPs. Er werd slechts één bekende mitochondriale ziekte-veroorzakende substitutie geobserveerd bij de patiënten en controles. Er werd een T14484C substitutie [omwisseling van een nucleotide] gevonden bij een gezonde controle (wordt gezien bij individuen die ‘Leber’s erfelijke optische neuropathie’ [LHON; mitochondriale neurodegeneratieve ziekte die de oogzenuw aantast] ontwikkelen). Er werden geen andere ziekte-veroorzakende mtDNA-varianten gezien.

Zeldzame varianten associate-analyse

Om het effekt te bepalen van de totaal-mtDNA variatie inclusief courante en zeldzame varianten, vergeleken we de cumulatieve pathogeniciteit [ziekteverwekkend vermogen] tussen controles en M.E./CVS-individuen. Voor elke mtDNA-variant in een individu werd een ruwe pathogeniciteit-score verkregen uit de vrij beschikbare CADD-database [‘comined annotation dependent depletion’, CADD; score voor de schadelijkheid van ‘single nucleotide’ varianten of insertie/deletie varianten in het menselijk genoom]. Er werd een gemiddelde CADD-score berekend voor elk individu door de cumulatieve CADD-score van een individu te delen door hun aantal variant-plaatsen. De verdeling van de gemiddelde CADD-scores werd vergeleken tussen patiënten en controles […]. Er was geen significant verschil in de verdeling van gemiddelde CADD-scores tussen patiënten en controles.

Analyse van haplogroep met ziekte-status

De grote meerderheid van de individuen in de studie (90,1 %) droeg mtDNA-haplogroepen die courant voorkomen in nakomelingen van Europese afkomst, zoals werd verwacht gezien de groep > 96 % blank was. De sterkst vertegenwoordigde haplogroepen waren H (39,1 %), U (15,4 %), T (10,6 %), K (9,1 %) & J (5,6 %). De rest van de haplogroepen vertegenwoordigt nakomelingen verspreid over Azië en Amerika (5,5 %) en deze die courant zijn in Afrika (4,3 %).

Vergelijking van de verdeling van de haplogroepen toonde geen significant verschil tussen patiënten en controles. Daarnaast deden we afzonderlijke [statistische] testen bij elke individuele belangrijke haplogroep-categorie. Dit onthulde een nominaal-significante aanrijking van haplogroep-T (HgT) bij controles versus patiënten; wat een mogelijks beschermend effekt van HgT tegen M.E./CVS zou kunnen suggereren. [De nominale significantie is niet hetzelfde als de eigenlijke significantie maar uitleg zou een cursus statistiek vergen…].

We analyseerden ook de haplogroep-verdelingen in vrouwen en mannen afzonderlijk. We zagen een nominaal-significante aanrijking van HgT bij de vrouwelijke controles maar geen verbanden bij mannen.

Analyse van haplogroep en symptomen

Na geen belangrijk verband met ziekte te hebben gezien, testten we voor haplogroep-associatie met 270 verschillende symptoom-scores uit SF-36 [Medical Outcomes Survey Short Form-36’; zelf-rapportering vragenlijst over de algemene gezondheid] en DSQ [DePaul Symptom Questionnaire’; zelf-rapportering vragenlijst over de frequentie en ernst van 54 symptomen specifiek voor CVS] bevragingen. Omdat veel van de symptomen gerelateerd zijn met of afhankelijk van elkaar, pastten we geen multipele-test correctie […] toe. Er waren enkel Europese haplogroepen aanwezig met een frequentie groot genoeg om opgenomen te worden in deze analyse, en HgJ, HgU & HgH vertoonden allemaal significante verbanden […]. Als we individuele associatie-testen uitvoerden […], vonden we 6 significante associaties tussen mitochondriale haplogroepen en klinische fenotypes vastgesteld via de ‘DePaul Questionnaire’. Alle significante associaties waren met symptomen gerelateerd met gewricht-pijn, opgeblazen gevoel of “zich op voelen” na inspanning. Haplogroep-J vertoonde een beschermend effekt tegen alle metingen voor gewricht-pijn en individuen behorend tot haplogroep-U rapporteerden minder ernstig opgeblazen gevoel […]. Anderzijds hadden M.E./CVS-individuen met haplogroep-H de neiging meer vatbaar te zijn voor “zich op voelen” na inspanning dan andere haplogroepen.

Analyse van het verband tussen enkelvoudige merkers en ziekte

De meerderheid van variabele mtDNA-plaatsen (SNPs) in onze data-set waren ‘enkelingen’ – slechts één individu droeg de variante allelen, deze werden niet opgenomen in de associatie-analyse. 70 mtDNA-SNPs voldeden aan onze minimum ‘minor’ [minst voorkomend] allel frequentie-drempel van 5 % [geeft informatie over courante en zeldzame varianten in een populatie] en werden opgenomen in de associatie-testen met demografische en symptomatische variabelen geassocieerd met M.E./CVS.

Er werd ‘single marker association testing’ [vergelijkt frequenties van bepaalde allelen of genotypes] toegepast voor het bepalen van SNP-associaties met de aandoening van individuen (gezonde controles of M.E./CVS-patiënten). Van de 70 SNPs, bleken er 10 nominaal significant maar geen enkele bleken significant na multipele test correctie. Bij de M.E./CVS-patiënten, bekeken we ook SNP-associaties met acute of graduele aanvang van de ziekte en vonden geen significante verbanden. In een poging om rekening te houden met mtDNA genetische achtergrond en de individuele SNP-effekten meer accuraat te meten, werden SNP-associaties gemeten in de subgroep individuen met haplogroep-H (HgH). Idealiter zouden SNP-associaties moeten worden gemeten voor alle haplogroepen maar gezien de [beperkte] grootte van ons staal was HgH echter de enige haplogroep waar associatie-analyse doenbaar was. Van de 151 HgH-individuen waarvan klinische gegevens beschikbaar waren, vertoonden geen van de 18 SNPs die voldeden significante verbanden met M.E./CVS t.o.v. gezonde status.

De prevalentie van M.E./CVS en met vermoeidheid gerelateerde syndromen is hoger bij vrouwen. Daarnaast zijn – omwille van het maternaal overerving-patroon van mtDNA – mitochondriale varianten onderhevig aan geslacht-specifieke selektie, wat kan leiden tot een verschillende fitness bij vrouwen en mannen. Om rekening te houden met mogelijke geslacht-verschillen, werden onafhankelijke SNP-associatie testen op basis van geslacht uitgevoerd maar dit toonde geen verbanden.

Analyse van het verband tussen enkelvoudige merkers en symptomen

Er werd dan ‘single-marker association testing’ toegepast op symptoom-scores zoals voor de haplogroep-associatie analyse. Er bleken 8 mtDNA-SNPs geassocieerd met 16 symptoom-categorieën. De significante SNPs lagen op mtDNA-posities 150, 930, 1719, 3010, 5147, 16093, 16223 & 16519. SNPs 930 & 5147 delen één associatie terwijl 3010, 16093 & 16223 elk geassocieerd waren met 2 verschillende symptomen. 5 symptomen beleken geassocieerd met 16519, 150 was geassocieerd met 4 symptomen en 1719 met 7 symptomen. […].

Allel 150T was geassocieerd met lagere gezondheid-scores met betrekking tot emotionele beperkingen, werk-geschiktheid en -prestaties (SF-36 vragenlijst M.E./CVS-patiënten). Allelen 930G & 5147G waren geassocieerd met grotere moeilijkheden bij het uitvoeren van werk. Het 1719A allel was geassocieerd met hogere symptoom-scores in 7 categorieën (inflammatie & neuro-inflammatie; DSQ vragenlijst M.E./CVS-patiënten). De 2 significante verbanden van 16223T met neuro-inflammatoir lijden en frequentie van gevoeligheid voor helder licht overlapten met dezelfde symptomen die geassocieerd waren met 1719A. Patiënten met 3010A vertooden meer frequent een slaap-aandoening. Lichamelijke aktiviteiten waren meer beperkt bij patiënten met 16093T. De aanwezigheid van 16519C was geassocieerd met ernstiger gastro-intestinale symptomen (opgeblazen gevoel en abdominale pijn). […]

Heteroplasmie-analysis

Een mitochondriale heteroplasmie komt voor wanneer een individu mtDNA-copieën met verschillende allelen draagt. Heteroplasmieën kunnen voorkomen door somatische mutatie of maternale overerving […]. Er wordt gedacht dat mitochondrieën door een kiemlijn ‘flessehals’ gaan die de frequentie reduceert van heteroplasmieën overgedragen van moeder naar kind. Als heteroplasmieën echter een kritieke frequentie binnen een weefsel of individu bereiken, kunnen ze potentieel pathogene effekten hebben. De accumulatie van heteroplasmieën tijdens het ouder-worden kan ook bijdragen tot de variabele aanvang-leeftijd die wordt gezien bij verscheidene energie-ziekten.

Om de rol van heteroplasmie bij M.E./CVS te onderzoeken, voerden we een omvangrijke sequente-bepaling uit om heteroplasmieën aanwezig bij M.E./CVS-patiënten te identificeren en te analyseren. Er werd een gemiddelde van 1,42 heteroplasmieën per individu gezien (t.o.v. slechts 1,28 bij controles). Om rekening te houden met het feit dat het aantal plaatsen dat voldeed aan onze criteria om het een heteroplasmie te noemen varieerde tussen de stalen, berekenden we echter hat aantal heteroplasmieën per bruikbare plaats per individu (HPUI) en gebruikten dat bij de vergelijking. […] Er werd een statistische test gebruikt om de verdeling van HPUI te vergelijken tussen patiënten met acute aanvang van M.E./CVS versus geleidelijke aanvang, en er was geen significant verschil (p = 0.30). Aangezien cytokine-profielen van M.E./CVS-patiënten bleken te verschillen met het verloop van de ziekte [Hornig M, Montoya JG, Klimas NG et al. Distinct plasma immune signatures in ME/CFS are present early in the course of illness. Sci Adv. (2015) 1: e1400121; zie ‘Afzonderlijke immuun-signaturen bij vroege & late M.E.(cvs)], werd HPUI ook vergeleken tussen individuen met M.E./CVS van langer dan 3 jaar of minder en meer dan 3 jaar. Er was geen significant verschil.

Een vergelijking van de frequentie van heteroplasmische allelen onthulde dat zeer weinig heteroplasmieën voorkomen bij patiënten of controles. Van de 406 verschillende heteroplasmieën die werden geobserveerd bij patiënten en controles, was de gemiddelde heteroplasmie aanwezig bij slechts 1,23 ± 0,85 individuen en 353 heteroplasmieën werden slechts gevonden bij één enkel individu. De meest courante heteroplasmie was aanwezig bij 7 individuen.

Bespreking

Onze sequentie-bepaling van het compleet mitochondriaal genoom van patiënten onthulde dat er geen individuen in deze groep waren met genetische mitochondriale ziekte te wijten aan gekende mtDNA-mutaties, die de diagnose M.E./CVS verkeerdelijk zouden hebben gekregen. De specialisten die de patiënten selekteerden hebben dus geen patiënten met een gekende mitochondriale ziekte verkeerdelijk toegelaten.

Onze studie onderzocht associaties tussen mtDNA-variatie en demografische variabelen zoals M.E./CVS-status, acute aanvang en ziekte-duur. We vonden een correlatie tussen haplogroep en sommige symptomen gerelateerd met gewricht-pijn, opgeblazen gevoel en uitputting na inspanning. De meeste studies van mitochondriaal DNA en ziekte hebben betrekking tot de verhoogde of verlaagde vatbaarheid met de ziekte afhankelijk van de haplogroep of variant, eerder dan met verschillen qua type symptomen of hun ernst. Er zijn echter enkele ziekten waarbij haplogroep geassocieerd bleek niet om de kans van de ziekte op te lopen maar in plaats daarvan de uitkomst te bepalen als iemand de diagnose heeft gekregen. Bijvoorbeeld: het type haplogroep beïnvloedt de overleving van ernstige sepsis en de progressie van AIDS.

Het meten van mtDNA-SNP associaties met M.E./CVS-status toonde geen significante verbanden, hoewel 10 SNPs nominale significantie bereikten. Bij onderzoek van deze 10 SNPs bleken er 9 merker-polymorfismen voor HgT te zijn en de tiende een merker voor 5 andere erkende sub-haplogroepen binnen T. De bevinding is waarschijnlijk te wijten aan het feit dat haplogroep-associatie analyse vond dat meer controles dan M.E./CVS-individuen dragen waren van HgT in onze groep. Er is een grotere groep nodig om te bepalen of dit haplotype ietwat beschermt tegen M.E./CVS. Met betrekking tot HgT: een molekulaire analyse van cybride cellen [cytoplasmische hybride, een cel-lijn ontstaan na fusie van een volledige cel met een cytoplast (binnenste van een cel zonder de celwand cel-kern en plasma-membraan); de nucleaire genen van de ene cel worden gemengd met de mitochondriale genen van de andere – zo wordt het mogelijk de bijdrage van de mitochondriale genen en de nucleaire genen te onderscheiden] met identieke nucleaire achtergronden en verschillende mtDNA-populaties gaven aan dat HgT cybriden een hogere overleving vertoonden en toleranter waren voor oxidatieve stress, t.o.v. de meer courante Europese haplogroep-H.

Een studie onderzocht mitochondriale DNA SNPs op positie 3010 & 16519 bij 162 M.E./CVS-patiënten t.o.v. controles. [Boles RG et al. (hierboven)] Men vond een aanrijking van 16519T bij M.E./CVS-gevallen. In onze studie zagen we echter geen significante associatie van 16519T of enig ander polymorfisme met M.E./CVS t.o.v. controle. In de plaats daarvan zagen we, bij individuen met M.E./CVS, een significante associatie van 16519C met gastro-intestinale symptomen. Verder vonden we dat de allelen 16519C & 3010A geassocieerd waren met ernstiger M.E./CVS-symptomen.

De variatie qua symptomen voorkomend bij M.E./CVS zou te wijten kunnen zijn aan genetische variatie bij de individuen, eerder dan verschillen qua onderliggende oorzaak van de ziekte. Meting van verbanden tussen haplogroepen of mtDNA-SNPs en symptoom-scores van M.E./CVS-patiënten (SF-36 & DSQ), toonde 24 significante associaties. Hoewel we deze studie ondernamen omdat enkele van de belangrijke M.E./CVS-symptomen theoretisch zouden kunnen te wijten zijn aan mitochondriale dysfunktie, detekteerden we geen mitochondriale DNA SNP associaties met de belangrijke symptoom-clusters vermoeidheid/post-exertionele malaise, cognitieve problemen, autonome dysfunktie, endocriene abnormaliteiten en pijn. In de plaats daarvan zagen we associaties met neurologische, inflammatoire en gastro-intestinale symptomen en/of hun ernst, alsook correlaties met de mogelijkheid van de patiënten om te werken. Het zal belangrijk zijn om een volledig onafhankelijke groep te gebruiken om te bepalen of de door ons gedetekteerde correlaties kunnen worden herhaald.

Onze studie geeft hints dat minstens enkele van de klaarblijkelijke M.E./CVS-subtypes te wijten kunnen zijn aan verschillen in DNA-sequenties bij de patiënten, zelfs als is er geen bewijs dat bepaalde mitochondriale genomen leiden tot verhoogde vatbaarheid voor de ziekte zelf. Hoewel de groep behoorlijk groot was (389) in vergelijking met de meeste M.E./CVS-studies, zal verdere analyse van de mitochondriale en nucleaire genomen bij een veel grotere patiënten-populatie nodig zijn om te ontdekken hoe genetische variatie ziekte-ernst, progressie en symptoom-clusters beïnvloedt.

Besluiten

We vonden geen significant verband tussen mitochondriaal DNA genoom variatie en vatbaarheid voor of resistentie tegen M.E./CVS. We detekteerden geen enkel significant verschil qua heteroplasmie tussen patiënten en controles. Op basis van een groep van 193 M.E./CVS-patiënten en 196 controles, zagen we 8 mtDNA SNPs die geassocieerd waren met 16 symptoom-categorieën en 3 haplogroen geassocieerd met 6 symptoom-categorieën, wat suggereert dat het mitochondriaal genoom van een individu met M.E./CVS het type en de ernst van bepaalde symptomen kan beïnvloeden.

juli 25, 2015

Genetische evaluatie van met immuniteit & inflammatie gerelateerde genen bij CVS

Filed under: Genetica,Immunologie — mewetenschap @ 8:12 am
Tags: , , , , , , , ,

We hebben het op deze pagina’s al meermaals over SNPs bij M.E.(cvs) gehad. Een onderzoek-groep van het CDC heeft bekeken of patiënten meer van dergelijke variaties in genen betrokken bij immuniteit/inflammatie hadden dan normaal. Dergelijke polymorfismen zijn dikwijls niet zeldzaam (10-30%) maar het punt is dat ze niet onder de courante vorm voorkomen. Tot nu toe waren slechts enkele immuniteit-genen bekeken maar in deze studie werd een chip gebruikt die 11.000 SNPs in 1000 genen van 38 immune sub-mechanismen kan bepalen. De gen-polymorfismen die werden gevonden bleken niet verspreid te liggen in genen over het immuunsysteem maar waren geclusterd.

Het CDC-team categoriseerde de polymorfismen volgens type. Niet-synonieme: gen-wijzigingen die zorgen voor een veranderde vorm van het proteïne (3 genen waarvan 2 die een rol spelen bij het complement-systeem). Synonieme: waarbij het proteïne niet verandert (4 gen-varianten die ongewoon courant of zeldzaam waren bij M.E.(cvs); 2 daarvan behorend tot complement-pad). Genen in de onvertaalde gebieden (‘untranslated regions, UTR; RNA-gebied gelegen na de start van de ‘translatie’ dat instaat voor de regulering ervan): beïnvloeden dikwijls de gen-expressie (2 genen van de complement-cascade). SNPs in de intronische gebieden (intron = DNA-sequentie in een gen die niet codeert voor het eiwit): beïnvloeden ook de gen-expressie. Daarnaast keken ze nog naar 6 extra gen-varianten van het complement-pad en ze vonden afwijkingen in hun voorkomen (ongebruikelijk hoog of laag) bij M.E.(cvs).

Het complement-systeem is een onderdeel van de aangeboren immuun-respons dat antilichamen en fagocyterende cellen ‘complementeert’ (aanvult) in de strijd tegen pathogenen. Het bestaat uit een 30-tal proteïnen. Bij een invasie van een pathogen of inflammatie worden deze proteïnen gesplitst door enzymen (proteasen), wat aanleiding geeft tot de afgifte van cytokinen. Polymorfismen in complement-genen bleken eerder al gelinkt met meerdere aandoeningen…

In 2003 hebben Bristol Sorensen en medewerkers al getoond dat M.E.(cvs)-patiënten 6h na inspanning een significante verhoging van het complement splitsing-produkt C4a vertoonden. Een team van het CDC (toen nog met Suzanne Vernon) bevestigde in 2005 dat complement-aktivatie één van de door inspanning geïnduceerde verschillen was tussen M.E.(cvs) en controles (zie ‘Inspanning-responsieve genen bij CVS’). Samen stelden ze dat complement-aktivatie een merker kan zijn voor met M.E.(cvs) geassocieerde post-exertionele malaise (zie ‘Complement-aktivatie na Inspanning bij CVS’).

Het CDC zette dus dit werk verder en deze studie hier toonde weer een verband tussen M.E.(cvs) en SNPs in o.a. het complement-aktivatie mechanisme. Het complement-systeem blijkt dus een belangrijke rol te spelen bij de aandoening, wat een gewijzigde aangeboren immuun-respons bij M.E.(cvs) verder ondersteunt. Hopelijk volgen er nog studies om dit verder uit te klaren en de effekten van inspanning op complement gen-expressie en concentraties in het bloed te onderzoeken. Dit zou een immune oorzaak voor post-exertionele malaise kunnen aantonen.

————————-

Hum Immunol. 2015 Jun [pre-print]

Pathway-focused genetic evaluation of immune and inflammation related genes with Chronic Fatigue Syndrome

Rajeevan MS, Dimulescu I, Murray J, Falkenberg VR, Unger ER

Division of High-Consequence Pathogens & Pathology, Centres for Disease Control and Prevention, Atlanta, USA

Samenvatting

Er is bewijsmateriaal dat suggereert dat immuniteit- en inflammatoire wijzigingen belangrijk zijn bij Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS). Deze studie werd uitgevoerd om het verband van funktioneel belangrijke genetische varianten in inflammatie- en immune mechanismen bij CVS te exploreren. Er werd DNA uit perifeer bloed geïsoleerd van 50 CVS- en 121 niet-vermoeide (NF) controle-deelnemers in een populatie-studie. Er werd genotypering uitgevoerd met de Affymetrix Immuniteit en Inflammatie Chip die 11.000 ‘single nucleotide’ polymorfismen (SNPs) omvat. De accuraatheid van de genotypering voor de specifieke genen werd gevalideerd via pyrosequentiebepaling. Er werd Golden Helix SVS software gebruikt voor de genetische analyse. […] CVS bleek geassocieerd met 32 funktioneel belangrijke SNPs: 11 mis-sense varianten, 4 synonieme varianten, 11 ‘untranslated regulatory region’ (UTR) varianten en 6 intron-varianten. Enkele van deze SNPs bevonden zich in genen van mechanismen gerelateerd met de complement-cascade (SERPINA5, CFB, CFH, MASP1 & C6), chemokinen (CXCL16, CCR4, CCL27), cytokine-signalisering (IL18, IL17B, IL2RB) en ‘toll-like’ receptor signalisering (TIRAP, IRAK4). Van bijzonder belang is de associatie van CVS met 2 mis-sense varianten in genen va de complement-aktivatie: rs4151667 in CFB en rs1061170 in CFH. Een 5’-UTR polymorfisme (rs11214105) in IL-18 was ook geassocieerd met lichamelijke vermoeidheid, lichaam-pijn en de score voor CVS-definiërende symptomen. Deze studie identificeerde nieuwe verbanden tussen CVS en genetische varianten in mechanismen, waaronder complement-aktivatie, wat bijkomende ondersteuning biedt voor een gewijzigde aangeboren immuun-respons bij CVS. Er zijn bijkomende studies nodig om de bevindingen van deze verkennende studie te valideren.

1. Inleiding

[…] Inflammatoire merkers bleken geassocieerd met specifieke symptomen die gemeenschappelijk zijn voor CVS; chronische vermoeidheid, hartslag-variabiliteit, slaap-kwaliteit, cognitieve problemen en post-exertionele malaise. Er werden wijzigingen in cytokine-profielen gesuggereerd als biomerkers voor CVS. Polymorfismen met een impact op gen-funktie, direct of via interaktie met andere risico-factoren, dragen bij tot de genetische vatbaarheid voor CVS. Er werd slechts een klein aantal polymorfismen in enkele genen betrokken bij immune en inflammatoire respons bestudeerd. De Affymetrix Menselijke Immuniteit en Inflammatie Chip werd ontwikkeld om systematische genetische evaluatie van of immuniteit- en inflammatie-mechanismen te een vergemakkelijken. We gebruikten dit platform om de genetica van de immune en inflammatoire respons bij CVS te onderzoeken.

2. Materialen en methodes

2.1. Individuen

[…] De deelnemers […] werden als CVS geklassificeerd als ze voldeden aan de internationale research-definitie (1994). […] Individuen die niet aan de criteria voor CVS voldeden, werden geklassificeerd als niet-vermoeide (NF) controles. De groep omvatte […] 121 NF-controles en 50 CVS-patiënten. […]

2.2. Multiplex Affymetrix genotypering

[…]

2.3. Genotypering d.m.v. pyrosequentiebepaling

[…]

2.4. Data-analyse en bio-informatica

[…]

3. Resultaten

3.1. Demografie van de deelnemers opgenomen in deze analyse

[…] De mediane tijd sinds aanvang van de vermoeidheid voor de CVS-deelnemers was 8,97 jaar (0,39-40,2 jaar) en 82,2% vertoonde een gradueel begin van de ziekte. […]

3.2. Mogelijke funktionele SNPs geassocieerd met CVS

De resultaten identificeerden 427 SNPs geassocieerd met CVS op allel-niveau en 405 op genotype-niveau. De 38 SNPs met een mogelijke funktionele betekenis […] werden samen met 14 van hun nabijgelegen SNPs die niet op de Affymetrix chip zaten, gegenotypeerd via ‘pyrosequencing’ [moderne vorm van sequentie-bepaling]. […] 32 van de 38 SNPs en 10 van de 14 proxy SNPs waren significant geassocieerd met CVS. De 32 funktionele SNPs werden gegroepeerd […]: niet-synonieme varianten (11 SNPs), synonieme variants (4 SNPs), gelegen in de ‘untranslated regulatory regions’ (UTR) van genen (11 SNPs) of intronische (6 SNPs). […]

[uitleg in de bespreking]

3.3. C2/CFB en CFH allelen, en haplotypes geassocieerd met CVS

[uitleg in de bespreking]

3.4. SNPs geassocieerd met kwantitatieve metingen van CVS

[uitleg in de bespreking]

4. Bespreking

Deze studie identificeerde meerdere eerdere niet erkende genetische associaties met CVS die het waard zijn verder te worden bestudeerd voor validering. Wanneer ze worden gevalideerd, zullen deze associaties de hypothese dat immuniteit- en inflammatie-mechanismen betrokken zijn bij CVS ondersteunen. Vele van de SNPs geassocieerd met CVS zijn gelegen in genen die betrokken zijn bij complement-aktivatie, chemokinen en cytokinen, en ‘toll-like’ receptor (TLR) signalisering. De bevindingen aangaande het complement-systeem zijn van bijzonder belang, aangezien er een rol voor complement-aktivatie bij CVS werd gesuggereerd door een melding over een geval en eerdere gen-expressie en proteoom-studies. Uit een rapport over één chronisch vermoeide patient bleek dat de waarden van de complement splitsing-produkten verhoogd waren maar dat de CVS-symptomen verbeterden binnen 2 maand na of normalisering van de splitsing-produkten. Gen-expressie studies duiden op differentiële expressie van het complement-proteïne MASP2, wat bijdraagt tot het C4a splitsing-produkt bij CVS na inspanning [Sorensen B et al. Complement-activation in a model of Chronic Fatigue Syndrome. J. Allergy Clin. Immunol. (2003) 112: 397-403 /// Sorensen B, Jones JF, Vernon SD, Rajeevan MS. Transcriptional control of complement-activation in an exercise-model of Chronic Fatigue Syndrome. Mol. Med. (2009) 15: 34-42; zie ‘Complement-aktivatie na Inspanning bij CVS]. Complement-proteïnen in het cerebrospinaal vocht van individuen met CVS bleken verhoogd vergeleken met gezonde controles [zie ‘Verschillende proteomen in ruggemergvocht bij CVS & Lyme].

Het complement-systeem speelt belangrijke rollen bij de verdediging van de gastheer tegen infektie, coördineert gebeurtenissen tijdens inflammatie, en vormt een brug tussen aangeboren en adaptieve immuun-responsen. Complement-aktivatie wordt geïnitieerd via 3 sub-mechanismen (klassiek, alternatief en lectine-mechanisme), die allemaal leiden tot de vorming van C3-convertase [enzyme] dat nodig is voor de splitsing van C3. CFH [complement-factor H] en CFB [complement-factor B] spelen een centrale maar tegengestelde rol bij het alternatief mechanisme. CFB aktiveert de complement-cascade via zijn bijdrage tot de vorming van C3-convertase en CFH inhibeert hetzelfde mechanisme via het versnellen van de afbraak van C3-convertase. C2 lijkt op CFB, maar draagt bij tot de vorming van C3-convertase via het klassiek mechanisme.

Interessant is dat van 2 met CVS geassocieerde mis-sense varianten [coderend voor een verkeerd aminozuur] in genen van de complement-aktivatie – rs4151667 in CFB & rs1061170 in CFH – een associatie met ‘age-related macular degeneration’ [AMD; een oog-aandoening] was gevonden. Het SNP rs9332739 in C2 […] – waarvan ook een associatie met AMD werd gerapporteerd – was ook geassocieerd met CVS in onze studie; het risico en de beschermende varianten waren echter omgewisseld (m.a.w. de allelen die beschermen tegen AMD waren geassocieerd met het risico op CVS). Een rapport gaf aan dat beschermende allelen (van CFH & CFB) voor AMD verband houden met lagere waarden qua complement-aktivatie. Aangezien dezelfde allelen geassocieerd zijn met het risico op CVS in deze studie, stellen we als hypothese dat lagere complement-aktivatie geassocieerd kan zijn met te minste een subgroep CVS-individuen.

Bij ons weten is dit de eerste studie die CVS in verband brengt met met polymorfismen in chemokine-liganden/receptoren, molekulen die leukocyten-bewegingen reguleren. Eén van de sterkste associaties was met de synonieme risico-variant rs2228428 die mogelijks ‘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.] reguleert in CCR4, een chemokine-receptor waarvan is gemeld dat die tot expressie komt op Th2 en Treg cellen. Er werden ook associaties gevonden met varianten in CXCL16 [chemokine (C-X-C motief) ligand 16], een lid van de CXC-familie der chemokinen. rs1051007 in het 3’UTR van CXCL16, waarvan werd gerapporteerd dat het een impact heeft op zijn gen-expressie, was geassocieerd met het risico op CVS, terwijl een mis-sense polymorfisme (rs2277680) in CXCL16 geassocieerd was met bescherming. Deze resultaten suggereren dat verdere studies van CCR4 en CXCL16 bij CVS gerechtvaardigd zijn.

Studies hebben gerapporteerd over het feit dat enkele polymorfismen in cytokinen geassocieerd zijn met CVS [Carlo-Stella N, Badulli C, De SA, Bazzichi L, Martinetti M, Lorusso L et al. A first study of cytokine genomic polymorphisms in CFS: Positive association of TNF-857 and IFNgamma-874 rare alleles. Clin Exp Rheumatol. 2006; 24: 179-182; zie ook ‘Circadiaans ritme voor cytokine-secretie]. Deze SNPs werden niet opgenomen in de ‘Affymetrix Human Immune and Inflammation Chip’ die we gebruikten. We identificeerden echter bijkomende cytokine-polymorfismen, nl. rs11214105 in IL-18, een pleiotroop cytokine [met meerdere effekten op verschillende cel-soorten of verschillende biologische funkties beïnvloedend] dat door perforine [enzyme dat vrijkomt wanneer cellen worden aangevallen door cytotoxische T-cellen en NK-cellen en dat porieën boort in het membraan van te vernietigen cellen] gemedieerde T-cel en NK-cel cytotoxiciteit versterkt. IL-18 bleek ook bij te dragen tot de ontwikkeling en de pathogenese van infektueuze en neuro-inflammatoire ziekten met immuniteit- en cognitieve dyfunktie [Alzheimer’s, hepatitis-C virus infektie]. Dieren-studies linkten IL-18 aan ziekten met geslacht-specifieke prevalentie en ingewikkelde, regionale en geslacht-specifieke ouderlijke effekten in de hersenen. We vonden dat dit IL18-polymorfisme geassocieerd is met CVS en kwantitatieve metingen van de CVS-symptomen: lichaam-pijn, fysieke vermoeidheid, symptoom-scores en aantal CVS-symptomen. Onze resultaten suggereren bijkomend onderzoek naar IL-18 als een kandidaat-gen bij CVS-pathofysiologie.

Meerdere met CVS geassocieerde 3’UTR-polymorfismen verdienen verdere analyse aangezien ze een impact kunnen hebben op binding-plaatsen voor microRNAs [zie ‘Cytotoxische lymfocyten microRNAs – merkers voor M.E.(cvs)] die nog niet werden onderzocht bij CVS. Hoewel de impact van deze SNPs op microRNA-binding nog experimenteel dient te worden geverifieerd, suggereren onze resultaten een mechanisme voor microRNA-regulering van genen geassocieerd met CVS. Sommige van de microRNAs die worden beïnvloed door met CVS geassocieerde SNPs zijn gelinkt met in IL17B & en SERPINA5 [‘serpin peptidase inhibitor clade A member 5’]. Een mis-sense variant in SERPINA5 (rs6115) was ook geassocieerd met CVS. Aangezien deze SERPINA5-varianten niet in ‘linkage disequilibrium’ zijn [Allelen op verschillende loci erven niet onafhankelijk van elkaar over. Bij een ziekte wordt verwacht dat het geassocieerde allel in een verhoogde frequentie aanwezig is in een steekproef van patiënten vergeleken met een steekproef van controle-personen. De term ‘linkage disequilibrium’ geeft aan dat een allel van een ziekte-gen gekoppeld overerft met specifieke allelen van naburige genen.], kunnen ze een onafhankelijk risico op CVS betekenen. SERPINA5, een inhibitor van geaktiveerd proteïne-C [APC is in staat om, samen met proteïne-S de stolling te stoppen], is gelegen op chromosoom 4 met andere leden van de serpent protease-familie – inclusief corticosteroid-bindend globuline (SERPINA6), waarvan werd gerapporteerd dat het verband houdt met CVS [Torpy DJ et al. Association between Chronic Fatigue Syndrome and the corticosteroid-binding globulin gene ALA SER224 polymorphism. Endocr. Res. (2004) 30:417-29]. De met CVS geassocieerde intron-variant rs11257804 in CAMK1D is van belang. CAMK1D is een proteïne-kinase in het calcium-signalisering mechanisme. Het speelt een belangrijke rol bij de werking van granulocyten en heeft weinig of geen expressie in monocyten en lymfocyten. Dit suggereert dat een verdere verkenning van de granulocyten-funktie en gastheer-verdediging bij CVS gerechtvaardigd is.

De beperkte grootte van de groep, samen met het ontbreken van een correctie voor multipele testen is de belangrijkste beperking van deze verkennende studie. [Complexe uitleg hoe hier werd aan verholpen…]

Onze studie identificeerde 11 mis-sense varianten, 4 synonieme varianten, 11 3’UTR- en 6 intron-varianten met mogelijke regulerende werking […]. De specificiteit van de associaties met CVS kon in deze studie niet worden bepaald aangezien er enkel werd vergeleken met niet-vermoeide controles. Het identificeren van met CVS geassocieerde abnormaliteiten in een ‘case-control’ studie is een belangrijke eerste stap bij het identificeren van kandidaat-genen en mechanismen die betrokken zouden kunnen zijn bij de pathogenese van CFS.

Tot besluit: deze studie identificeerde meerdere nieuwe genetische verbanden tussen CVS en varianten in de complement-aktivatie, chemokinen, cytokinen en ‘toll-like’ receptor signalisering. Associaties met deze mechanismen leveren bijkomende ondersteuning voor een rol van gewijzigde aangeboren immuun-respons bij CVS. Er zijn bijkomende studies met grotere patiënten-groepen nodig om de bevindingen van deze verkennende studie te valideren.

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. […].

november 1, 2014

Gebruik van SNPs om gen-expressie te onderscheiden bij M.E.(cvs)-subtypes

Filed under: Genetica — mewetenschap @ 8:10 am
Tags: , , ,

Prof. Jonathan Kerr, destijds verbonden aan de afdeling Cellulaire & Molekulaire geneeskunde van de St. George’s University of London, publiceerde in 2008, samen met onderzoekers van andere universiteiten en ziekenhuizen het artikel: Gene expression subtypes in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis (in J Infect Dis (2008) 197: 1171-84; en zie ook Curr Rheumatol Rep (2008) 10: 482-491). Daarin werd gen-expressie in perifeer bloed van 25 M.E.(cvs)-patiënten onderzocht. De genen met veranderde expressie (t.o.v. gezonde bloed-donoren) werden via een tweede methode verder geanalyseerd bij 55 M.E.(cvs)-patiënten. Er werd differentiële expressie gevonden voor 88 genen. Veel voorkomende funkties waren hematologische aandoeningen, immunologische ziekte, kanker, cel-dood, immuun-respons en infektie. De patiënten konden worden onderverdeeld in 7 subtypes.

In een bijkomend artikel (Kerr JR, Burke B, Petty R et al. Seven genomic subtypes of Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis: a detailed analysis of gene networks and clinical phenotypes. J Clin Pathol (2008) 61: 730-9) wordt gerapporteerd hoe van elk M.E.(cvs)-subtype die genen werden geïdentificeerd waarvan de expressie significant verschilde van normale bloed-donoren, en hoe gen-interakties, associaties met ziekten en molekulaire & cellulaire funkties van die genen-sets werden bepaald. Er werden enkele gemeenschappelijke (neurologische, hematologische, kanker) en enkele afzonderlijke (metabole, endocriene, cardiovasculaire, immunologische, inflammatoire) ziekte-associaties voor subtypes gevonden.

Gegevens uit de eerste studie werden later – door een team waartoe hij zelf ook behoorde – bevestigd bij 62 nieuwe M.E.(cvs)-patiënten (Microbial infections in eight genomic subtypes of Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Clin Pathol (2009) 63:156-64).

Ook de Schotse onderzoekers John Gow, Peter Behan & Abhijit Chaudhuri (A Gene Signature for Post-Infectious Chronic Fatigue Syndrome. BMC Medical Genomics (2009) 2:38) vonden “verschillen in gen-expressie verspreid over het ganse genoom tussen post-infektueuze, niet-psychiatrische mannelijke patiënten met CVS en gezonde controles” (zie Gen-signatuur voor Post-Infektie CVS’) maar zijn merkten op dat er een “gebrek aan correlatie tussen verschillende publikaties over gen-arrays” is. Zij stipten aan: “een micro-array is een moment-opname en niet noodzakelijk het chronische biologische proces inherent aan de aandoening weerspiegelt”.

Het bleef geruime tijd stil rond dit alles maar hier rapporteert Prof. Kerr over zijn vervolg-onderzoek met een andere, wellicht meer reproduceerbare techniek. Hij onderzocht kleine mutaties – ‘single-nucleotide’ polymorfismen (SNPs) – in genen met differentiële expressie bij M.E.(cvs) en vond er die significant geassocieerd zijn met de ziekte en met afzonderlijke subtypes. Het vinden van deze SNPs zou kunnen leiden tot het ontwikkelen van een subtype-specifieke diagnostische test. Over de betekenis van de ‘aangetaste’ genen / transcriptie-factoren wordt (nog) niet gespeculeerd.

Het onderzoek werd mede gefinancierd door ‘ME Research UK’.

————————-

J Clin Pathol (Publicatie September 2014)

Use of single-nucleotide polymorphisms (SNPs) to distinguish gene expression subtypes of Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis (CFS/ME)

Nana Shimosako (1), Jonathan R Kerr (1,2)

1 CFS Group, Department of Cellular & Molecular Medicine, St George’s University of London, London, UK

2 Escuela de Medicina y Ciencias de Salud, Universidad del Rosario, Bogota, Colombia

Samenvatting

Doelstellingen We rapporteerden eerder over gen-expressie veranderingen bij patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom/ Myalgische Encefalomyelitis (CVS/M.E.) en het feit dat dergelijke gen-expressie gegevens kunnen worden gebruikt om subtypes van CVS/M.E. met afzonderlijke klinische fenotypes te identificeren. Omwille van moeilijkheden bij het gebruik van een vergelijkende gen-expressie methode als hulpmiddel bij de diagnose van CVS/M.E. en de subtypes, hebben we geprobeerd een dergelijke methode gebaseerd op ‘single-nucleotide’ polymorfisme (SNP) analyse te ontwikkelen.

Methodes Om SNP-allel associaties met CVS/M.E. en CVS/M.E.-subtypes te identificeren, hebben we genomisch DNA getest van patiënten met CVS/M.E. (n = 108), patiënten met endogene depressie (n = 17) en normale bloed-donoren (n = 68) op 504 menselijke SNP-allelen gelokaliseerd in 88 met CVS geassocieerde menselijke genen gebruikmakend van een SNP genotypering test. 360 ‘afkomst informatieve merkers’ (AIM) werden ook onderzocht.

Resultaten 21 SNPs bleken significant geassocieerd met CVS/M.E. vergeleken met depressie en normale controle. 148 SNP-allelen vertoonden een significant verband met één of meer CVS/M.E.-subtypes. Voor elk subtype hadden de geassocieerde SNPs de neiging zich te groeperen in afzonderlijke genen. AIM SNPs gaven aan dat 4 individuen van Aziatische origine waren en de rest Kaukasisch. Hiërarchisch clusteren van de AIM-data onthulde het verwantschap tussen 2 koppels patiënten met CVS en bevestigde de globale heterogeniteit van alle individuen.

Besluiten Deze studie levert bewijs dat menselijke SNPs gelokaliseerd in met CVS/M.E. geassocieerde genen gerelateerd zijn met afzonderlijke genomische subtypes van CVS/M.E. Er is verder werk vereist om dit te ontwikkelen tot een klinisch bruikbare subtype-specifieke diagnostische test.

Inleiding

[…] De precieze onderliggende ziekte-mechanismen en manieren waarop de abnormaliteiten verband houden bij patiënten met CVS/M.E. moeten nog worden opgehelderd.

We hebben eerder gerapporteerd over de differentiële expressie van 88 menselijke genen bij CVS/M.E. die werden geïdentificeerd m.b.v. een omvangrijke micro-array [‘gen-chips’] studie met bevestiging van de of genen via ‘real-time’ PCR. [Kerr JR, Petty R, Burke B et al. Gene expression subtypes in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis (CFS/ME). J Infect Dis (2008) 197: 1171-84] Deze gegevens werden later geconfirmeerd in een follow-up studie. [Zhang L, Goudh J, Christmas D et al. Microbial infections in eight genomic subtypes of Chronic Fatigue syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Clin Pathol (2009) 63:156-64] Clusteren van gen-expressie gegevens onthulde 8 genomische CVS/M.E.-subtypes met duidelijke verschillen qua Short Form-36 (SF-36) scores, klinische fenotypes, ziekte-graad en geografische distributie.

Het werd al erkend dat CVS/M.E.-subtypes bestaan en er wordt gedacht dat dergelijke subtypes, ten minste gedeeltelijk, de afzonderlijke etiologische factoren kunnen weerspiegelen. [Jason LA, Corradi K, Torres-Harding S et al. Chronic Fatigue Syndrome: the need for subtypes. Neuropsychol Rev (2005) 15: 29-58] Een op symptomen gebaseerde benadering heeft wat succes gekend wat betreft de identificatie van musculoskeletale, inflammatoire en neurologische subtypes; deze groepen vertoonden echter slechts kleine verschillen in algemene funktionele ernst in tegenstelling met deze van onze gen-expressie studies.

Hoewel het intrigerend is dat dergelijke subtypes kunnen worden geïdentificeerd door gebruik te maken van gen-expressie methodes, is het onwaarschijnlijk dat zo’n benadering bruikbaar zou kunnen zijn in de klinische praktijk om dergelijke subtypes te identificeren, aangezien het moeilijk is referentie-waarden te definiëren voor elk gen bij elk subtype. Daarom probeerden we zo’n test te bekomen gebruikmakend van ‘single-nucleotide’ polymorfismen (SNPs) gelokaliseerd in de 88 met CVS/M.E. geassocieerde genen. Deze studie toont aan dat er 148 menselijke SNPs waren die significante associaties hadden met één of meer CVS/M.E. genomisch subtype. Hoewel deze studie geen robuust subtype-differentiërende test voorstelt, bieden de resultaten bewijs dat zo’n benadering haalbaar is.

Methodes

Recrutering van indviduen en klinische karakterisatie

CVS/M.E.-patiënten (n = 108) Fukuda diagnostische criteria. 6 na Q-koorts; de rest idiopathisch. Majeure psychiatrische ziekte uitgesloten, alsook drug- of alkohol-misbruik […]. De patiënten maakten deel uit van een eerder gepubliceerde studie over gen-expressie waar ze een genomisch subtype was toegewezen. [zie Zhang et al. hierboven]

[…]

[…] Lichamelijke en mentale vermoeidheid werd bepaald d.m.v. de Chalder vermoeidheid-schaal [niet de meest geschikte voor M.E.(cvs)], mate van invaliditeit vai de ‘Medical Outcomes Survey SF-36’; symptomen werden gekarakteriseerd d.m.v. de ‘Somatic and Psychological Health Report’; slaap-abnormaliteiten d.m.v. de ‘Pittsburgh Sleep Questionnaire’; en type en ernst van de pijn d.m.v. de ‘McGill Pain Questionnaire’.

[…]

Bloed-afname en DNA-extractie

[…]

Totaal-genoom amplificatie

[…]

Afkomst informatieve merkers

Om de DNA-stalen te screenen op test-prestaties vóór het uitvoeren van de genotypering en wat informatie te verkrijgen betreffende de afkomst van elk individu, gebruikten we 360 SNPs gekozen als genomische controles die wellicht niet met ziekte geassocieerd zijn.

SNPs in CVS/M.E.-geassocieerde menselijke genen

We zochten naar SNPs in de promoter- en coderende gebieden (inclusief introns [overbodige, niet-coderende stukken] in 88 menselijke genen die eerder differentiële expressie bleken te vertonen bij CVS/M.E.-patiënten vergeleken met normale bloed-donoren. Zo selekteerden we 504 SNPs voor de analyse: 1-8 SNPs per CVS/M.E.-geassocieerd menselijk gen.

SNP-genotypering test

Van de te testen SNPs (360 afkomst informatieve merkers (AIM) SNPs & 504 CVS/M.E.-geassocieerd gen SNPs) werd het waarschijnlijk succes van elk SNP voor het ontwikkelen van een test bepaald. Enkel SNPs met een goede waarschijnlijkheid op succes werden verder bekeken.

[…]

Mogelijke invloed van CVS/M.E.-geassocieerde SNPs op eerdere gen-expressie resultaten

[voor techneuten:] We onderzochten elk van de SNPs die geassocieerd bleken met CVS/M.E. op hun positie t.o.v. de zogenaamde ‘interrogatie-positie’ van de sondes die worden gebruikt in de gen-expressie array. Deze ‘interrogatie-positie is het nucleotide dat doelbewust werd gemuteerd in de ‘mismatch’ sonde-sequentie vergeleken met de perfect gematchte sonde. De mogelijkheid bestaat dat bij een SNP in deze positie, de ‘mismatch’ sonde sterker bindt dan de perfect gematchte sonde […].

Vergelijkende sequentie-analyse voor het detekteren van gewijzigde transcriptie-factor binding-plaatsen

Elk van de 21 SNP loci die CVS/M.E. van depressie / normaal of CVS/M.E. van normaal differentieerden werd onderzocht op mogelijke lokalisatie binnen binding-plaatsen van CVS/M.E.-geassocieerde transcriptie-factoren en mogelijke effekten op CVS/M.E.-geassocieerde transcriptie-factor (TF) binding op CVS/M.E.-geassocieerde genen. […] (NFKB1 [nucleaire factor NF-kappa-B], NHLH1 [helix-lus-helix proteïne 1], GABPA [GA-bindende proteïne alfa keten], REPIN1 [replicatie initiator 1], EGR1, EGR3 [EGR = ‘early growth response’ proteïne], ETS1 [ETS = familie transcriptie-factoren]) […]

Gegevens-analyse en visualisering

Voor de patiënten met CVS/M.E., werden de CVS/M.E.-geassocieerde SNP haplotypes [genetische varianten; combinaties van allelen zoals die voorkomen op een chromosoom] omgezet naar nummers (AA=1, AB=2, BB=3, waar A = allel A en B is allel B) en geanalyseerd d.m.v. grafische programma’s […]

Statistische analyse

[…]

Resultaten

Individuen

Deze studie omvatte 108 CVS/M.E.-patiënten, 17 patiënten met endogene depressie en 68 normale bloed-donoren. […]

Afkomst informatieve merkers

Er werden gegevens betreffende AIM SNP-allelen verkregen voor alle CVS/M.E.-patiënten, alle patiënten met endogene depressie en 29 van de 68 normale bloed-donoren. Deze gaven aan dat alle normale bloed-donoren en depressie-patiënten van Europese origine waren; alsook alle CVS/M.E.-patiënten, uitgezonderd 4 die van Aziatische origine waren.

Bij onderzoek naar de graad van verwantschap tussen de deelnemers aan de studie bleek dat – met uitzondering van 6 individuen – ze niet nauw verwant waren met elkaar […].

CVS/M.E.-gessocieerd gen SNP-allelen bij CVS/M.E., depressie en normale controles

We vonden dat 21 CVS/M.E.-geassocieerd gen SNPs een frequentie-distributie over de CVS/M.E-., depressie- en normale groepen hadden, die niet als toevallig kan worden beschouwd en die significant was. Interessant was dat 7 van deze SNPs in het BMP2K gen [coderend voor een kinase-enzyme dat een rol speelt bij skelet-ontwikkeling] & 2 in het IL6ST gen [interleukine-6 signaal-transducer; deel van het cytokine receptor complex] lagen. Wat betreft CVS/M.E.-geassocieerd gen SNPs die een onverwachte distributie tussen CVS/M.E. en normalen vertoonden, waren er 10 die significant bleken [Deze worden genoemd maar er wordt verder niet over uitgewijd.].

SNP-allelen bij CVS/M.E.-subtypes

Er waren 148 SNPs met een distributie over de CVS/M.E.-subtypes die niet alles toevallig kan worden beschouwd. Alle 148 werden geïdentificeerd door de allel-distributie in één subtype te vergelijken met deze in alle andere subtypes gecombineerd. […]. De distributie van afzonderlijke SNP-allelen over afzonderlijke CVS/M.E.-subtypes is interessant en toont dat elk subtype geassocieerd is met afzonderlijke SNP-allelen en dat deze SNP-allelen gegroepeerd zijn in afzonderlijke genen voor elk CVS/M.E.-subtype, op die manier dat bv. SNP-allelen in ACTR3 [actine-gerelateerd proteïne 3; maakt deel uit van een complex dat essentieel is voor cel-vorm en -beweeglijkheid] geassocieerd zijn met subtype-F, terwijl SNP-allelen AKAP10 [codeert voor A-kinase anker-proteïne dat gelokaliseerd is in mitochondrieën] geassocieerd zijn met subtype-G [De rest wordt ook opgesomd maar er wordt verder niet over uitgeweid.].

Mogelijke invloed van CVS/M.E.-geassocieerde SNPs op eerdere gen-expressie resultaten

We vonden dat slechts 1 SNP zich in de interrogatie-positie van een sonde-sequentie van één van de 88 CVS/M.E.-geassocieerde menselijke genen bevond. Dit SNP was rs2228431 in het ARSD gen […]. Bij het her-bekijken van de eerder gepubliceerde data-set over gen-expressie bij CVS/M.E. versus normale controles, zagen we dat deze sonde deze resultaten niet beïnvloedde aangezien het werd uitgesloten van de analyse omwille van zijn gebrek aan specificiteit voor het ARSD gen.

Vergelijkende sequentie-analyse voor het detekteren van gewijzigde transcriptie-factor binding-plaatsen

Vergelijkende sequentie-analyse voorspelde dat 4 van de 21 CVS/M.E.-geassocieerde SNPs gewijzigde CVS/M.E.-geassocieerde transcriptie-factor binding met CVS/M.E.-geassocieerde menselijke genen vertoonden. [NHLH1, GABPA, REPIN1, ETS1]

Gegevens-analyse en visualisering

[…] Gebruikmakend van de SNP-haplotype gegevens kwam er enige mate van afscheiding van de verschillende CVS/M.E.-subtypes naar voor […]. Deze subgroepen vertoonden 73% correlatie met de gen-expressie subtypes (gegevens niet getoond).

Bespreking

Deze studie werd ondernomen om CVS/M.E.-geassocieerde SNPs te identificeren die voorkomen in de promoter- en coderende sequenties van 88 CVS/M.E.-geassocieerde menselijke genen. Deze 88 menselijke genes werden oorspronkelijk geïdentificeerd via analyse van het perifeer bloed van 55 CVS/M.E.-patiënten en 75 normale bloed-donoren gebruikmakend van uitgebreide gen-expressie micro-array (en bevestiging van de resultaten via ‘real-time’ PCR.

Het is belangrijk te bevestigen dat er geen significante verwantschap onder de individuen – die de resultaten zou verstoren – in de studie werd vastgesteld; dit werd geconfirmeerd via de AIM SNP-allel gegevens van het DNA test-panel. Het is ook belangrijk te verzekeren dat elke gevonden SNP-allel associaties niet het resultaat zijn van een significante over-vertegenwoordiging van een ras vergeleken met de andere in een groep, en dit werd ook uitgesloten door de resultaten van de AIM SNP gegevens.

We hebben getoond dat de allel-frequentie voor elk van de 21 SNPs een statistisch significante en onverwachte verdeling over de CVS-M.E./ depressie/ normale groepen heeft en dat voor 10 van deze 21 SNPs, afzonderlijke allelen geassocieerd zijn met CVS/M.E. vergeleken met normale controles. Hoewel SNP-allel associaties eerder werden gerapporteerd bij CVS/M.E., kan deze lage opbrengst (21 van 504) verrassend lijken gezien het feit dat deze SNP-loci voorkwamen in genen waarvoor differentiële expressie werd gevonden bij CVS/M.E. Deze observatie is echter waarschijnlijk te verklaren door de gekende heterogeniteit van CVS/M.E. in het algemeen en het bestaan van subtypes in deze CVS/M.E.-groep, die werden onthuld gebruikmakend van clustering van de gen-expressie gegevens [zie Zhang L et al.]. Deze subtypes hadden een apart klinisch fenotype en ernst-graad. Deze veronderstelling wordt verder ondersteund door de vondst van 148 SNP-allelen die geassocieerd bleken met één of meer CVS/M.E.-subtypes. De verdeling van afzonderlijke SNP-allelen over afzonderlijke CVS/M.E.-subtypes is interessant. Dit hield echter geen waarneembaar verband met de gen-expressie gegevens voor elk van deze subtypes (gegevens niet getoond) in.

Het is geruststellend dat onze analyse van de lokatie van deze SNPs t.o.v. de sonde-sets van de gen-array, die oorspronkelijk werd gebruikt om de differentiële expressie van deze genen te identificeren, geen significante invloed van de gen-expressie gegevens in het algemeen ondersteunde.

Het feit dat werd voorspeld dat 4 van de SNP-allelen die geassocieerd bleken met CVS/M.E. verminderde binding met CVS/M.E.-geassocieerde transcriptie-factoren zou vertonen [Deze worden genoemd maar er wordt hier verder niet over uitgewijd.], suggereert dat dergelijke mutaties wel eens de gen-expressie signaturen die werden gevonden bij patiënten met CVS/M.E. zouden kunnen beïnvloeden; in het bijzonder omdat bij 3 van de 4, het allel geassocieerd was met de ganse CVS/M.E.-groep en niet enkel één subtype en aangezien deze transcriptie-factoren talrijke binding-plaatsen hebben in de promoter-gebieden van deze genen.

Een mogelijke toepassing van de kennis dat deze SNPs significant verschillende distributie vertonen over de CVS/M.E.-subtypes, is de ontwikkeling van een subset SNPs voor een subtype-specifieke diagnostische test. Dit kan nuttig zijn eens het bestaan van de eerder gepubliceerde gen-expressie CVS/M.E.-subtypes onafhankelijk werd bevestigd en wanneer we meer over ze weten in termen van natuurlijke geschiedenis, triggers, respons op verschillende behandelingen, enz. Een dergelijk op SNPs gebaseerde test is zeer wenselijk vergeleken met een op gen-expressie gebaseerde test aangezien dit robuust en makkelijk reproduceerbaar is; anders dan de vergelijkende gen-expressie methode die werd gebruikt om deze 88 menselijke genen te identificeren. Dit zal echter uitgebreide verdere testen en validering vereisen vooraleer het kan worden aanbevolen voor dit doel.

Tot besluit: in dit artikel rapporteren we over 21 SNP-allelen die significant geassocieerd zijn met CVS/M.E. vergeleken met depressie-patiënten en normale controles, en over 148 SNP-allelen die geassocieerd zijn met één of meer CVS/M.E.-subtypes – waarvan er 27 een p-waarde ≤ 0.05 vertoonden. De grootte van de groep in deze studie, en bijzonderlijk de grootte van elk gen-expressie subtype, is te klein om stevige conclusies te trekken. Als we echter veronderstellen dat deze resultaten kunnen worden gerepliceerd, zou het mogelijk moeten zijn om een subtype-specifieke diagnostische test te ontwikkelen gebruikmakend van een SNP-subset, wat het onderzoek en klinisch management van patiënten met CVS/M.E zou kunnen helpen.

oktober 9, 2011

Integratie van klinische, genetische en proteïne-gegevens bij CVS

Filed under: Genetica — mewetenschap @ 12:26 pm
Tags: , , ,

Tot op heden is er geen persistente link van één bepaald pathogeen met M.E.(cvs) gevonden. Het blijft, tot nader order, onze mening dat wellicht verscheidene micro-organismen de aandoening kunnen triggeren maar dat sub-cellulaire factoren bepalen of iemand de ziekte ontwikkeld of niet. De genetische opmaak van het individu zal daar een rol bij spelen. Gen-expressie onderzoek lijkt ons dan ook van belang. Er zijn daaromtrent wel aanwijzingen maar echter nog geen duidelijke, consistente resultaten…

Stellen dat onderzoek naar het transcriptoom (verzameling van alle boodschapper-RNA (mRNA) molekulen – ‘transcripten’, tot expressie komende genen – geproduceerd in een cel of populatie van cellen) bij M.E.(cvs) daarom niet te rechtvaardigen zou zijn (zoals sommigen beweren), lijkt ons een stap te ver. De niet reproduceerbare resultaten zijn wellicht te wijten aan de (erkende) heterogeniteit binnen de ziekte. Onderzoekers dienen geschikte criteria te hanteren, de patiënten te verdelen in homogene subgroepen en rekening te houden met symptoom-domeinen (onderverdelen in herkenbare en stabiele kenmerken met een waarschijnlijke biologische associatie). Het is ook van belang de gen-expressie (‘gen-signatuur’) op te volgen met het verloop van de ziekte. (Zie de artikels onder ‘Genetica’ op de overzicht-pagina.)

De auteurs van onderstaand artikel keken ook nóg verder: naar hoe verschillende genen geassocieerd zijn, hoe hun ‘netwerken’ veranderen. Op basis van resultaten van eerder werk door anderen bouwden ze op 2 manieren dergelijke netwerken om aanwijzingen te krijgen welke genen van belang zouden kunnen zijn bij M.E.(cvs). De genen die gemeenschappelijk zijn in de 2 netwerken zouden wel es verantwoordelijk kunnen zijn voor bepaalde aspecten van M.E.(cvs) of de symptomen ervan en verdienen verder onderzocht te worden…

————————-

Bioinformation. (2011) 6: 120-4

Meta analysis of Chronic Fatigue Syndrome through integration of clinical, gene-expression, SNP and proteomic data

Vasyl Pihur1, Somnath Datta2 & Susmita Datta2

1The Johns Hopkins University, McKusick-Nathans Institute of Genetic Medicine, Baltimore, MD 21205

2University of Louisville, Department of Bioinformatics and Biostatistics, Louisville, KY 40292, USA

Samenvatting

We beginnen met het construeren van gen-gen associatie-netwerken op basis van ongeveer 300 genen waarvan de expressie-waarden variëren tussen de groepen CVS-patiënten (plus controle). Verbonden componenten (modules) van deze netwerken worden verder gecontroleerd op hun voorspellend vermogen voor symptoom-ernst, genotypen van twee ‘single’ nucleotide polymorfismen (SNP) waarvan bekend is dat ze geassocieerd zijn met symptoom-ernst en intensiteit van de tien meest discriminerende proteïne-kenmerken. We maken gebruik van twee verschillende netwerk-construktie methoden en kiezen de gemeenschappelijke genen geïdentificeerd via beide, voor bijkomende validatie. Onze analyse identificeerde elf genen die een belangrijke rol zouden kunnen spelen bij bepaalde aspecten van CVS of gerelateerde symptomen. In het bijzonder: het gen WASF3 (alias WAVE3) regelt mogelijk hersen-cytokinen die betrokken zijn bij het mechanisme van vermoeidheid via het p38 MAPK regulerend mechanisme.

Achtergrond

Chronisch Vermoeidheid Syndroom (CVS) is een relatief zeldzame, slecht begrepen, complexe aandoening die wordt gekenmerkt door ernstige en chronische fysieke en mentale vermoeidheid die niet toe te schrijven is aan andere oorzaken (ziekten), die soms gepaard gaat met andere symptomen, zoals een zwakke immuun-respons, problemen met de spijsvertering en depressie. Er is de voorbije jaren door de ‘CVS Groep’ bij het CDC veel moeite gedaan om klinische, gen-expressie, genotypische en proteomica [proteoom = verzameling proteïnen in een biologisch staal] data te verzamelen, in een poging een genetische basis voor CVS te vinden. Ook al werden deze gegevens door tal van onderzoekers (en onderzoek-teams) geanalyseerd – resulterend in een speciale uitgave van het tijdschrift Pharmacogenomics [Vernon SD, Reeves WC. The challenge of integrating disparate high-content data: epidemiological, clinical and laboratory data collected during an in-hospital study of Chronic Fatigue Syndrome. Pharmacogenomics (2006) (3):345-54; zie: ‘Genen-studies bij CVS door het CDC] – en maakten ze ook deel van de ‘Critical Assessment of Micro-array Data Analysis (CAMDA)’ conferentie in 2006, toch was het succes dubbelzinnig en beperkt. Omdat genen niet alleen handelen, bijzonderlijk bij een complexe aandoening zoals CVS, bestuderen we – bij onze poging deze gegevens via een systeem-biologische aanpak te analyseren – groepen van genen (de zogenaamde modules) verkregen via gen-gen associatie-netwerken. […] We identificeren elf “interessante” genen die een belangrijke rol kunnen spelen bij bepaalde aspecten van CVS of verwante symptomen. In het bijzonder: het gen WASF3 (alias WAVE3) dat mogelijk de hersenen-cytokinen regelt die betrokken zijn bij het mechanisme van vermoeidheid via het p38 MAPK regulerend mechanisme. Een voorlopige versie van dit werk werd gepresenteerd op de CAMDA conferentie van 2007 [Pihur V et al. Understanding Chronic Fatigue Syndrome (CFS) from CAMDA data: A systems biology approach. CAMDA 2007 Conference Paper].

Methodologie

De ‘CDC Chronic Fatigue Syndrome Research Group’ leverde data-sets op bestaande uit klinische, micro-array [‘gen-chips’], proteomica en SNP-gegevens. […] 227 individuen vulden zelf-rapportering vragenlijsten in en gaven bloed voor labo-analyse. Bij velen werden ook micro-array (163) en proteomica (63) gegevens verzameld met de bedoeling een biologische (genetische) basis voor CVS te ontdekken. Hier integreren we klinische, micro-array, SNP en proteomica data.

Micro-array data

De CAMDA 2006 micro-array data omvatten 177 arrays […] onze analyse werd aangevat met 163 arrays. […]

Klinische gegevens

UItgebreide informatie over 227 individuen die kan worden gelinkt met micro-array en SNP gegevens […].

SNP-data

42 SNP’s voor 10 verschillende genen werden getypeerd. Voor deze analyse selekteerden we 2 SNP’s, hCV245410 (op het TPH2 gen) en hCV7911132 (op het SLC6A4 gen), die eerder geassocieerd bleken met CVS-ernst [Presson A et al. Integration of genetic and genomic approaches for the analysis of Chronic Fatigue Syndrome implicates forkhead box n1. CAMDA 2006 Conference Paper].

Proteomica-data

Er waren proteïnen-spectra beschikbaar van 63 individuen. […]

Statistische analyse

De eerste stap was het identificeren van een set genen met differentiële expressie tussen verschillende groepen individuen. Ziekte-status werd afgeleid uit het klinisch deel van de CVS-gegevens. Alle individuen opgenomen bij de micro-array studie werden geklassificeerd in 5 verschillende groepen: CVS (n = 45), Niet-vermoeiden (n = 34 controles zonder CVS), ISF (n = 45 vermoeide personen die niet als CVS kunnen worden geklassificeerd omdat ze te weinig symptomen hebben), ISF-MDDm (n =20 ISF-individuen met melancholische depressie) en CFS-MDDm (n = 19 CVS-individuen met melancholische depressie). […] 286 genen bleken differentiële expressie te hebben (p-waarden < 0.01). […]

Netwerk construktie en identificatie van geassocieerde genen-sets

Om de relaties tussen de geselekteerde 286 genen beter te begrijpen qua interakties/associaties, gebruikten we twee netwerk-inferentie technieken op basis van berekeningen. De eerste methode is gebaseerd op de ‘Partial Least Squares’ regressie (PLS) [partiële kleinste kwadraten’], terwijl de tweede methode gebaseerd is gebaseerd op de ‘Partial Correlations’ (PC) [‘partiële correlaties’]. […]

Voorspelling van symptoom-ernst

Na het identificeren van clusters geassocieerde/ interagerende genen, onderzochten we het vermogen van elke module om de CVS-ernst te voorspellen. […]

SNP associatie

We bestudeerden dan hoe doeltreffend elke gen-cluster (module) de genotypes van de 2 SNP’s, hCV245410 en hCV7911132, die geassocieerd bleken met symptoom-ernst, kan voorspellen. […]

Integratie van proteomica-data

[…]

Bespreking

Twee gen-associate modules [Gen-Gen Associatie Netwerk geconstrueerd via de PLS-methode’ en het ‘Gen-Gen Associatie Netwerk geconstrueerd via de PC-methode’] zijn van belang op basis van hun voorspellend vermogen van de symptoom-ernst, ten minste één van de SNP-genotypes en de intensiteit van de geïdentificeerde proteoom-analyse kenmerken. De eerste cluster is afkomstig van het ‘PLS’-netwerk en de andere van het ‘PC’-netwerk. Elf genen bleken gemeenschappelijk voor deze twee genen-modules [WASF3 (cellulaire organisatie en biogenese, metabolisme), NUP98 (cellulaire organisatie en biogenese, transport, DNA-replicatie), PRUNE (energie-produktie en conversie), KIRREL (signaal-transductie, cellulaire adhesie), TNK2 (cellulaire organisatie en biogenese, signaal-transductie, proteïne aminozuur fosforylatie), EIF3S8 (proteïne-biosynthese), HOXA1 (transcriptie) PMS2L5 (DNA-herstel), HDAC7A (DNA-metabolisme, transcriptie), GPR41 (signaal-transductie) & MAP3K2 (proteïne aminozuur fosforylatie)] De GO [‘Gene Ontology’; weergave van de eigenschappen van genen en gen-produkten] noteringen werden gewonnen uit de ‘BioGrid online repository’ [vrij toegankelijke database met fysieke en genetische interakties] en de ‘pathway’-analyse werd uitgevoerd met behulp van de ‘DAVID web-tools’ [‘Database for Annotation, Visualization and Integrated Discovery’] ter aanvulling van de bestaande literatuur. Het is aannemelijk dat deze genen verantwoordelijk zijn voor bepaalde aspecten van CVS of de symptomen ervan. Van het eerste gen op de lijst WASF3 (alias WAVE3) [WAVE3 is een lid van de WASP/WAVE proteïnen-familie, die een kritieke rol speelt bij de regulering van actine-polymerisatie, organisatie van het cytoskeleton en cel-motiliteit (-beweeglijkheid). Bij proefdieren waar het WAVE3 proteïne werd uitgeschakeld, verminderen fosfo-p38 MAPK waarden (downregulering van p38 aktiviteit). De effekten wijzen op de regulering door WAVE3 van het actine-cytoskeleton, cel-motiliteit en invasie via het p38 MAPK mechanisme.] wordt gedacht dat het deelneemt in het p38 MAPK [p38 ‘mitogen activated protein’ (MAP) kinase reageert op extracellulaire stimuli (mitogenen) en reguleert verscheidene cellulaire aktiviteiten, zoals gen-expressie, celdeling, differentiatie en cel-overleving/apoptose. p38 MAP-kinase inhibitoren zouden waarschijnlijk de produktie van pro-inflammatoire cytokinen en signaal-transductie kunnen blokkeren.] regulerend pad [Sossey-Alaoui K, Ranalli TA, Li X, Bakan AV, Cowell JK. WAVE3 promotes cell-motility and invasion through the regulation of MMP-1, MMP-3 and MMP-9 expression. Exp Cell Res. (2005) 308: 135-45]. Aan de andere kant werd in dier-model studies aangetoond dat de regulatie van brein-cytokinen via p38 MAPK betrokken is bij de centrale mechanismen van vermoeidheid en daardoor een rol kan spelen in de pathogenese van de CVS. De lijst bevat ook auto-immuun respons gen NUP98 [‘Nuclear pore complex protein Nup98-Nup96’, transport-processen tussen cel-kern en cytoplasma verlopen via het ‘nuclear pore complex’ (NPC) dat bestaat uit ca. 50 unieke proteïnen, nucleoporinen genaamd] en genen betrokken bij tumor-aktiviteiten (PRUNE, TNK2, HOXA1). Gen-expressie van HDAC7A [codeert voor het enzyme histoon-deacetylase; histoon-acetylatie/-deacetylatie verandert de struktuur van chromosomen en beïnvloedt de toegang van transcriptie-factoren tot DNA] bleek gecorreleerd met onverklaarde vermoeidheid in een studie [Whistler T, Taylor R, Craddock RC, Broderick G, Klimas N, Unger ER. Gene-expression correlates of unexplained fatigue. Pharmacogenomics (2006) 7: 395-405]. Een rol van het gen GPR41 [ook ‘free fatty acid’ receptor 3 (FFA3) genaamd, een G-proteïne gekoppelde receptor (GPCR), lid van een grote proteïnen-familie trans-membraan receptoren die molekulen buiten de cel ‘voelen’ en in de cel signaal-transductie mechanismen aktiveren] bij auto-immuun aandoeningen, inclusief CVS, werd reeds geopperd [Staines D. Are vasoactive neuropeptide auto-immune fatigue-related disorders mediated via G protein coupled receptors? Med. Hypotheses (2005) 65: 29-31; zie ook ‘Fosfodiesterase-inhibitoren tegen vermoeidheid?].

Besluit

Het is mogelijk en misschien wenselijk om informatie te integreren uit verschillende experimentele platformen ten einde complexe aandoeningen te begrijpen. De bevindingen van deze studie zijn gebaseerd op ‘data-mining’ benaderingen gebruikmakend van klinische, gen-expressie, SNP en proteomica gegevens. De voorspellende modellen die hier werden verkregen kunnen bepaalde aspecten van CVS verklaren en een pad effenen voor verdere experimentele validatie.

september 28, 2009

Variaties in Pijn-perceptie zijn Genetisch bepaald

Filed under: Genetica,Neurologie — mewetenschap @ 5:47 am
Tags: , , , ,

In het artikel van Light et al. (zie ‘Matige Inspanning verhoogt Expressie van Sensorische, Adrenerge en Immuun Genen bij CVS’) bleek dat het nog niet altijd even duidelijk is of de beschreven genetische defekten te wijten zijn aan het CVS of aan de overlappende FMS: “We kunnen nog niet kunnen onderscheiden of de geobserveerde responsen typisch zijn voor alle CVS-patiënten of slechts voor de subgroep die beide aandoeningen heeft.”.

In afwachting van verder onderzoek bekijken we hier de literatuur over één van de genen die al wat beter bestudeerd zijn: catechol-O-methyltransferase (COMT).

*************************

Variaties in Pijn-perceptie zijn Genetisch bepaald

Pijn helpt mensen beschermen door te waarschuwen voor bedreigingen maar ongecontroleerde chronische pijn kan het leven ook ondraaglijk maken. Hoeveel pijn iemand kan verduren verschilt van persoon tot persoon. Sommigen verdragen veel fysieke en psychologisch stress zonder klaarblijkelijke gevolgen terwijl anderen chronische pijn aandoeningen ontwikkelen.

Een team wetenschappers van de ‘University of North Carolina’, de ‘National Institutes of Health’, de ‘University of Adelaide’ en Attagene Inc. publiceerden in 2005 een aanzet voor een beter begrip hieromtrent.

Subtiele variaties in bepaalde genen kunnen iemand zeer gevoelig maken voor mijn pijn en meer vatbaar voor het ontwikkelen van chronische pijn aandoeningen, terwijl andere beschermend kunnen zijn: “Sommige mensen zijn zeer pijn-resistent alsof ze een klinische dosis morfine hebben genomen.”, “Mensen die minder gevoelig zijn voor pijnlijke stimuli zijn beschermd tegen het ontwikkelen van een een zeer courante en invaliderende pijn-aandoening genaamd ‘temporomandibular joint disorder’ (TMJD; aandoening van het scharniergewricht in de kaak gepaard gaan met pijn e.a. symtomen). Deze variaties in pijn-gevoeligheid zijn stabiel in de tijd, wat een genetische voorbestemdheid suggereert.”.

COMT, catechol-O-methyltransferase, een enzyme dat de concentraties aan epinefrine en andere stoffen controleert, en wordt afgegeven in respons op stress, bleek significante variaties in pijn-gevoeligheid te verklaren. Bij 202 gezonde vrouwen werden de COMT gen-varianten, de pijn-gevoeligheid en het risico op TMJD geanalyseerd. Molekulair biologische, cel-cultuur en dieren-gedrag experimenten werden ook uitgevoerd om de relatie aan te tonen tussen COMT-aktiviteit en pijn-gevoeligheid.: “We identificeerden drie genetische varianten van COMT die zeer prevalent zijn in de menselijke bevolking.”, “Een genetische variatie beïnvloedt de menselijke pijn-perceptie én het risico voor het ontwikkelen van een chronische pijn aandoening.”

De researchers geloven dat hun ontdekkingen ook toepasbaar zullen zijn op aandoeningen zoals fibromyalgie-syndroom, prikkelbare darm syndroom en meerdere andere chronische aandoeningen die ook worden gekenmerkt door verhoogde pijn-gevoeligheid. “De resultaten hebben brede vertakkingen betreffende het begrijpen van pijn-fysiologie en genetica, voor de ontwikkeling van genetische merkers voor pijn-aandoeningen en door het ontwerpen van nieuwe en betere strategieën voor het behandelen van pijn.”

Hum Mol Genet. 2005 Jan 1;14(1):135-43

Genetic basis for individual variations in pain perception and the development of a chronic pain condition

Diatchenko L, Slade GD, Nackley AG, Bhalang K, Sigurdsson A, Belfer I, Goldman D, Xu K, Shabalina SA, Shagin D, Max MB, Makarov SS, Maixner W

Comprehensive Centre for Inflammatory Disorders, University of North Carolina at Chapel Hill, Chapel Hill, NC 27599, USA

Pijn-gevoeligheid varieert substantieel bij mensen. Een significant deel van de meselijke bevolking ontwikkelt chronische pijn aandoeningen die worden gekarakteriseerd door verhoogde pijn-gevoeligheid. We identificeerden drie genetische varianten (haplotypes) van het gen coderend voor catecholamine-O-methyltransferase (COMT) die we benoemden als lage pijn-sensitiviteit (LPS), gemiddelde pijn-sensitiviteit (APS) en hoge pijn-sensitiviteit (HPS). We tonen aan dat deze haplotypes 96% van de menselijke bevolking omvatten en dat combinaties van deze haplotypes sterk geassocieerd (P=0.0004) zijn met variatie qua gevoeligheid voor experimentele pijn. De aanwezigheid van zelf één enkel LPS haplotype vermindert, tot 2,3 maal, het risico voor het ontwikkelen van myogeen ‘temporomandibular joint disorder’ (TMD), een courante musculoskeletale pijn aandoening. Het LPS haplotype produceert veel hogere waarden aan COMT enzymatische aktiviteit vergeleken met de APS of HPS haplotypes. Inhibitie van COMT bij ratten resulteert in een intense verhoging qua pijn-gevoeligheid. COMT-aktiviteit beïnvloedt dus substantieel de pijn-gevoeligheid en de drie belangrijke haplotypes bepalen COMT-aktiviteit, die omgekeerd correleert met pijn-gevoeligheid en het risico op het ontwikkelen van TMD.

————————-

In 2003 linkten researchers ook reeds verschillen in de manier waarop mensen met pijn omgaan – fysieke én emotionele stress – met het gen dat catechol-O-methyltransferase (COMT), een enzyme dat vitaal is voor het opruimen van dopamine, – maakt. Het team van Jon-Kar Zubieta aan de ‘University of Michigan’ vond dat mensen met een minder aktieve vorm van COMT meer acute pijn bleken te voelen.

Het COMT gen bestaat onder twee vormen die copieën maken die verschillen in één enkel aminozuur. Deze kleine variatie blijkt een groot effekt op de aktiviteit van COMT te hebben. Mensen met de meest luie vorm van het gen – met twee copieën van de methionine versie – maken enzymen die drie tot vier maal minder effektief zijn dan de andere varianten met enkel het aminozuur valine of één van beiden. De onderzoekers gebruikten beeldvorming van de hersenen om de hersen-aktiviteit in kaart te brengen van 29 mensen die werden blootgesteld aan een ‘verdraagbare’ pijn gedurende 20 minuten. (De vrijwilligers kregen een injektie met een zout-oplossing in hun kaak-spieren om een toestand gelijkaardig met ‘temporomandibular joint-pain disorder’ te simuleren. Ze scoorden elke 15 seconden zelf hun pijn tijdens de beeldvorming.)

Science. 2003 Feb 21;299(5610):1240-3

COMT val158met genotype affects mu-opioid neurotransmitter responses to a pain stressor

Zubieta JK, Heitzeg MM, Smith YR, Bueller JA, Xu K, Xu Y, Koeppe RA, Stohler CS, Goldman D

Department of Psychiatry and Mental Health Research Institute, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109-0720, USA

Responsen op pijn en andere stressoren worden geregeld door interakties tussen meerdere hersen-gebieden en neurochemische systemen. We onderzochten de invloed van een courant funktioneel genetische polymorfisme, die het metabolisme van catecholaminen aantast, op de modulatie van responsen op aanhoudende pijn bij mensen. Individuen die homozygoot waren voor het met158 allel van het catechol-O-methyltransferase (COMT) polymorfisme (val158met) vertoonden verminderde regionale responsen van het mu-opioid systeem [produceert endogene opioïden, o.a. endorfinen; natuurlijke pijnstillers in de hersenen] op pijn vergeleken met heterozygoten. Deze effekten gingen vergezeld met hogere sensorische en affectieve [verbonden met stemming, gevoelens en gedragingen] pijn-scores en een meer negatieve interne affectieve toestand. Tegengestelde effekten werden geobserveerd bij val158 homozygoten. Het COMT val158met polymorfisme beïnvloedt dus de pijn-ervaring bij mensen en zou kunnen aan de basis liggen voor inter-individuele verschillen qua adaptatie aan en responsen op pijn en andere stressvolle stimuli.

*************************

Wat betreft FMS… Twee studies die elkaar lijken tegen te spreken…

Rheumatol Int. 2003 May;23(3):104-7. Epub 2002 Oct 22

Significance of catechol-O-methyltransferase gene polymorphism in fibromyalgia-syndrome

Gursoy S, Erdal E, Herken H, Madenci E, Alasehirli B, Erdal N

Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Gaziantep University Medical Hospital, 2700 Kolejtepe Gaziantep, Turkey

Fibromyalgie-syndroome (FMS) is geassocieerd met een neuro-endocriene aandoening gekarakteriseerd door abnormale funktie van de hypothalamus-hypofyse-bijnier (HPA) as, inclusief hyper-aktieve afgifte van adrenocorticotroop hormoon (ACTH) en hypo-responsiviteit van de bijnieren. Catechol-O-methyltransferase (COMT) inaktiveert catecholaminen en catecholamine-bevattende medicijnen. […] We bepaalden de betekenis van het COMT polymorfisme bij FMS. Er zijn drie polymorfismen van het COMT-gen: LL, LH en HH. De analyse van het COMT polymorfisme werd uitgevoerd gebruikmakend van polymerase ketting reaktie (PCR). 61 patiënten met FMS en 61 gezonde vrijwilligers werden opgenomen in de studie. Hoewel geen significant verschil werd gevonden tussen LL en LH afzonderlijk, waren de LL- en LH-genotypes samen meer vertegenwoordigd bij patiënten dan controles ( P=0.024). Daarenboven waren er significant minder HH-genotypes bij patiënten dan bij de controles ( P=0.04). […] Concluderend: COMT polymorfisme is van potentieel farmacologisch belang wat betreft individuele verschillen in het metabolisme van catechol-medicijnen en zou ook betrokken kunnen zijn bij de pathogenese en behandeling van FMS via adrenerge mechanismen zowel als genetische voorbestemdheid voor FMS.

Rheumatol Int. 2008 Jan 15

Polymorphisms of the serotonin-2A receptor and catechol-O-methyltransferase genes: a study on fibromyalgia susceptibility

Tander B, Gunes S, Boke O, Alayli G, Kara N, Bagci H, Canturk F

Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Ondokuzmayis University School of Medicine, 55139, Kurupelit, Samsun, Turkey

Genetische en omgeving-factoren worden verondersteld rollen te spelen in de etiopathologie van fibromyalgie-syndroom (FMS). De doelstelling van deze studie was de mogelijke effekten van ‘single nucleotide’ polymorfismen (SNPs) in catechol-O-methyltransferase (COMT) en 5-hydroxytryptamine (serotonine) 2A (5-HT2A) receptor genen op de vatbaarheid voor FMS te bepalen. 171 vrouwen (80 FMS, 91 controles) werden opgenomen in de studie. […] Analyses van genotypes en allel-frequenties werden uitgevoerd […]. Er waren geen verschillen qua frequenties van allelen en genotypes tusen patiënten en controles voor de COMT en twee 5-HT2A receptor gen polymorfismen (P > 0.05). Onze resultaten suggereren dat de onderzochte polymorfismen geen vatbaarheid-factoren zijn bij de etiologie van FMS.

————————-

CVS… Light et al. vonden dus hogere COMT gen-expressie bij de CVS-patiënten vs controles; maar zekerheid over de eventuele bijdrage van FMS hierbij is er nog niet.

Een team o.l.v. Benjamin N Goertzel (‘Virginia Tech, National Capital Region’) vroeg zich eerder af of de aanwezigheid van CVS nauwkeuriger kan worden voorspeld d.m.v. ‘single nucleotide’ polymorfisme (SNP) profielen. In de top drie van de genen die de SNPs bevatten die meest belangrijk zijn, stond o.a. catechol-O-methyltransferase. (zie: ‘NR3C1 – Glucocorticoid receptor geassocieerd met CVS‘)

Pharmacogenomics Volume 7, Number 3, Pages 475-483 (April 2006)

Combinations of single-nucleotide polymorphisms in neuro-endocrine effector- and receptor-genes predict Chronic Fatigue Syndrome

Benjamin N Goertzel [1,2,*], Cassio Pennachin [2], Lucio de Souza Coelho [2], Brian Gurbaxani [3], Elizabeth M Maloney [3] & James F Jones [3]

[1] Virginia Tech, National Capital Region, Arlington, VA, USA; [2] Biomind LLC, Rockville, MD, USA; [3] Centres for Disease Control and Prevention, Atlanta, GA, USA

Doelstelling: Dit artikel stelt de vraag of de aanwezigheid van Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) meer accuraat kan worden voorspeld via ‘single nucleotide’ polymorfisme (SNP) profielen.

Methoden: SNP-profielen van 43 CVS-patiënten en 58 controles werden gebruikt om regels te identificeren die voorspellen of een patient CVS heeft.

Resultaten: […]. De top drie genen met de SNPs die verantwoordelijk zijn voor de grootste belangrijkheid waren neuronaal tryptofaan-hydroxylase (TPH2), catechol-O-methyltransferase (COMT) en de nucleaire receptor subfamilie 3, groep C, lid 1 glucocorticoid receptor (NR3C1).

Volgende pagina »

Blog op WordPress.com.