Het type 1 Interferon systeem in auto-immuunziekten:

Molecular Markers for Heterogeneity and Therapy Response Prediction

Doel van het proefschrift:
MS en reumatoïde artritis (RA) zijn complexe auto-immuunziekten waarbij het immuunsysteem zich richt tegen specifieke componenten van het eigen lichaam. Chronische ontsteking is een kenmerkend symptoom voor auto-immuunziekten. Bij MS ontstaan deze ontstekingsreacties met name in de hersenen en ruggemerg en bij RA met name in de gewrichten.
Kenmerkend voor auto-immuunziekten is heterogeniteit. De aard van de klachten, de ernst van de klachten en het verloop van de ziektekan van patiënt tot patiënt verschillen. Een ander voorbeeld van deze heterogeniteit is de variabiliteit in response op behandeling. Deze heterogeniteit kan erop duiden dat de onderliggende biologische processen die leiden tot ziekte en/of symptomen verschillen tussen patiënten.

Door: Saskia Vosslamber
proefschrift-140526-vosslambertkcoverHet beter begrijpen van de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de heterogeniteit van MS, RA en IIM en aan het al dan niet reageren op behandeling zal uiteindelijk leiden tot verbeterd begrip van onderliggende biologische processen en meer op de individuele patiënt gerichte behandel mogelijkheden voor patiënten met deze auto-immuunziekten.

Biologische processen die plaatsvinden in het lichaam kunnen van moment tot moment verschillen. Het meten van de activiteit van genen, genexpressie, geeft een afspiegeling van de biologische processen die op dat moment actief zijn. Dit kan gedaan worden met behulp van micro array technologie. Eerder uitgevoerde micro array studies hebben aangetoond dat bij auto-immuun ziekten, waaronder patiënten met MS of RA, in een deel van de patiënten een specifiek biologisch proces geactiveerd is, namelijk het type I interferon (IFN) systeem.

In deze onderzoeken is echter geen relatie gevonden tussen activatie van het type I IFN systeem in MS of RA en algemene heterogene klinische kenmerken van de ziekte zoals ziekteactiviteit. Dit is wel het geval bij systemische lupus erythematosis (SLE) waarbij een hoge activiteit van het type I IFN systeem samengaat met een hoge ziekteactiviteit. Ook is aangetoond dat een activator van het type I IFN systeem, IFNα, een rol heeft in de pathogenese van SLE.

In het eerste deel van dit proefschrift bestuderen we genexpressie met behulp van micro array technologie in relatie tot het al dan niet reageren op behandeling bij MS en RA patiënten. In beide studies bleek activatie van het type I IFN systeem een belangrijke rol te spelen bij het al dan niet reageren op behandeling met respectievelijk IFNß of rituximab behandeling. In het tweede deel bestuderen we de rol van het type I IFN systeem in relatie tot cardiovasculaire parameters in RA en in relatie tot aanwezigheid van auto-antilichamen in Idiopatic Inflammatory Myopathies (IIM).

Molecular Markers for Heterogeneity and Therapy Response Prediction

Omdat MS en RA beide ziekten zijn die uiteindelijk onomkeerbare schade aan het lichaam aanbrengen is het belangrijk om in een zo vroeg mogelijk stadium van de ziekte de patiënt met de voor hem geschikte medicatie te behandelen. Als we daarbij alleen afgaan op klinische en/of neurodegeneratieve symptomen is de kans groot dat we te laat starten met de juiste behandeling voor de individuele patiënt. Helaas zijn er nog onvoldoende biomarkers om geïndividualiseerde behandelmethodes te bieden en daarmee elke patiënt direct de meest effectieve behandeling te bieden. Idealiter zou voor start van behandeling al voorspeld worden welke medicatie voor de individuele patiënt het meest geschikt is zonder dat het effect van behandeling eerst een aantal maanden afgewacht moet worden.

Daarom hebben we bij patiënten met auto-immuunziekten (RA en MS) met behulp van micro arrays het effect van behandeling op gen expressie niveau in kaart gebracht om dit te kunnen relateren aan de klinische uitkomst. Dit met het doel om te kunnen vaststellen of de heterogeniteit in gen expressie tussen de patiënten een voorspellende waarde heeft voor het aanslaan van de behandeling. In hoofdstuk 1.1 worden gen expressie profielen van MS patiënten die starten met IFNß behandeling bestudeerd.

We zagen in een subgroep van patiënten een verhoogde activatie van het type I IFN systeem en dit systeem werd niet verder geactiveerd in deze patiënten wanneer zij behandeld worden met IFNß. Dit duidt op een verzadigd of ontregeld type I IFN systeem al voor start van behandeling. In deze studie was het, gezien het kleine aantal patiënten, niet mogelijk het verschil in baseline activatie van het type I IFN systeem te relateren aan de klinische response op IFNß behandeling. Een andere groep onderzoekers heeft vervolgens wel aangetoond dat activatie van het type I IFN systeem op baseline voorspellend is voor klinische non-response op IFNß therapie in MS patiënten.

Vervolgens wordt in hoofdstuk 1.2 de genetische basis voor een ontregeld type I IFN systeem onderzocht. We zagen dat genetische variatie in IRF5, een regulator van het type I IFN systeem, is bepalend is voor de mate van activatie van het type I IFN systeem tijdens behandeling met IFNß, en voor de klinische uitkomst van de behandeling, gebaseerd op MRI-gemeten parameters. Al met al zijn de beschreven resultaten in hoofdstuk 1.1 en 1.2 een eerste aanzet tot het ontwikkelen van moleculaire markers voor het voorspellen van het effect van IFNß behandeling bij MS patiënten maar zijn verdere studies nodig om de resultaten te valideren en om de klinische toepasbaarheid als mogelijke biomarker/voorspeller van respons op therapie, aan te tonen.

In hoofdstuk 2.1 worden gen expressie profielen gebruikt om de response heterogeniteit bij RA patiënten die rituximab (RTX) behandeling krijgen beter te begrijpen. RTX is een middel dat de B-cellen uit het lichaam verwijdert. Analyse van de genexpressie profielen voor- en onder RTX behandeling laat zien dat RTX-gerelateerde verandering in activatie van het type I IFN systeem geassocieerd is met klinische response op behandeling.

Patiënten met een verhoogde activatie van het type I IFN systeem tijdens RTX behandeling reageren goed op de behandeling terwijl patiënten waarbij activiteit van het type I IFN systeem niet (verder) verhoogd wordt tijdens behandeling geen baat hebben bij behandeling.

Daarnaast is de mate van activatie van het type I IFN systeem voor start van de behandeling gerelateerd aan klinische uitkomst; hoge activiteit vóór start van behandeling is geassocieerd met een slechte klinische respons terwijl een lage activiteit is geassocieerd met een goede klinische response.

In hoofdstuk 2.2 wordt dit laatste punt verder uitgediept. We onderzoeken of de mate van activiteit van het type I IFN systeem voor start van behandeling kan dienen als biomarker om de klinische respons te voorspellen. We toetsen de voorspellende waarde en de klinische bruikbaarheid van deze moleculaire marker en valideren dit in een nieuwe groep RA patiënten. Dit onderzoek legt de basis voor het gebruik van de activiteit van het type I IFN systeem als voorspellende biomarker voor optimalisatie van RTX behandeling in RA zodat behandeling op maat voor de individuele patiënt dichterbij komt.

Verdere validatie van de klinische toepasbaarheid van deze biomarker is noodzakelijk, mogelijk in combinatie met ander biomarkers en/of klinische parameters, in een multicenter setting en in de vorm van prospectieve studies. De aangetoonde relatie tussen het type I IFN systeem tijdens RTX behandeling en klinische response op RTX draagt bij aan het begrijpen van de moleculaire mechanismes die ten grondslag liggen aan het werkingsmechanisme van RTX in RA.

Concluderend laten deze vier hoofdstukken zien dat het mogelijk is met behulp van micro array studies biomarkers te identificeren voor response predictie.

TYPE I IFN SYSTEEM IN RELATIE TOT ZIEKTE GERELATEERDE PARAMETERS IN RA

In hoofdstuk 1.2 werd aangetoond dat genetische variatie in IRF5 geassocieerd is met activatie van het type I IFN systeem tijdens IFNß behandeling en ook met klinische non-response zoals gedefinieerd met bijvoorbeeld MRI-gebaseerde parameters. Behalve dat genetische variatie in IRF5 een makkelijke te bepalen biomarker is voor IFNß behandeling in MS, is deze in zowel MS als SLE geassocieerd met activatie van het type I IFN systeem. Daarom besloten we genetische varianten van IRF5 te gebruiken als biomarker voor de activatie van het type I IFN systeem in cohorten waarvan geen gen expressie profielen , maar wel DNA aanwezig was.

Bij RA spelen ontsteking gerelateerde processen een belangrijke rol in de verhoogde cardiovasculaire morbiditeit en mortaliteit, maar het exacte mechanisme dat hierbij een rol speelt is onbekend. Wel is bekend dat IFNß een beschermende rol heeft bij atherosclerotische processen. Daarom werd in hoofdstuk 3.1 de relatie tussen IRF5 en carotidintima media dikte (cIMT), een marker voor artherosclerose, bestudeerd. Er werd aangetoond dat genetische variatie in IRF5 geassocieerd is met verlaagde cIMT, wat mogelijk via verhoogde expressie van IFNß kan plaatsvinden. Het precieze werkingsmechanisme van het effect van IRF5 en mogelijk IFNß, op verminderd cardiovasculair risico in RA kon nog niet worden aangetoond, maar deze resultaten vormen een eerste aanzet om deze biologische processen verder te bestuderen.

DE PATHOGENE ROL VAN TYPE I IFN ACTIVATIE IN AUTO -IMMUUNZIEKTEN

Het verschil in o.a. mate van activatie van het type I IFN systeem in patiënten met een klinisch vergelijkbare ziekte is mogelijk een exponent van intrinsieke verschillen in mechanismen die aan de ziekte ten grondslag kunnen liggen. Die verschillen maken ook de complexiteit van de ziekten zichtbaar en zijn gerelateerd aan response op behandeling. In SLE, een systemische auto-immuunziekte waarin ook activatie van het type I IFN systeem is beschreven, is aangetoond dat IFNa een rol speelt in het ziekteproces.

In tegenstelling tot MS en RA vertoont IIM een aantal duidelijke parallellen met SLE voor wat betreft de activatie van het type I IFN systeem, zoals de associatie met ziekte activiteit. In hoofdstuk 3.2 borduren we verder op deze parallellen tussen SLE en IIM door de relatie tussen autoantilichaam profielen en de activatie van het type I IFN systeem in IIM te bestuderen. We tonen aan dat er binnen IIM een relatie is tussen het type I IFN systeem en de aanwezigheid van autoantilichamen die RNA/eiwit complexen herkennen. Ook laten we zien dat in het bloed van IIM patiënten een interferogene factor aanwezig is die het type I IFN systeem kan activeren in geïsoleerde en gekweekte witte bloed cellen. Dit effect kan geremd worden door toevoeging van antistoffen die de activiteit van IFNa blokkeren, wat erop duidt dat IFNa ook in IIM, net als bij SLE, een rol speelt in de activatie van het type I IFN systeem.

Hiermee wordt de lijst van overeenkomsten met betrekking tot het type I IFN systeem in SLE en IIM groter en op basis hiervan kan gesuggereerd worden dat er vergelijkbare onderliggende pathogene mechanismes een rol spelen in beide auto-immuunziekten. Ook zijn deze resultaten in lijn met de heterogeniteit in IIM, die zichtbaar is in de grote verscheidenheid aan autoantilichamen die aanwezig kunnen zijn in IIM patiënten, de verschillen in klinische kenmerken en ook de verschillen op histologisch niveau. Deze heterogeniteit suggereert dat er mogelijk verschillende biologische processen in subgroepen van IIM patiënten een rol spelen. Onderverdeling van patiënten op basis van, onder ander activatie van het type I IFN systeem kan ook in IIM bijdragen aan een verbeterd begrip van deze heterogene ziekte en de onderliggende ziektemechanismen.

Proefschrift: The Type 1 Interferon System in Autoimmune Diseases
Promotor: prof.dr. C.I. Verweij
Copromotoren: dr. C.T.M. van der Pouw Kraan, dr. A.E. Voskuyl, dr. D.M. Pegtel

Curriculum Vitae

Personalia:

Naam:      Saskia Vosslamber
Geboren:  Enschede, 17 augustus 1981

 Opleiding:

ICHTHUS College, Enschede

1999-’03 Saxion Hogeschool Enschede, Medische Biologie  (Bsc)

2003-’06 Moleculaire Celbiologie Leiden (MA)

 Werkervaring:

Onderzoeker in de onderzoeksgroep van Prof.dr. Cor  Verweij

proefschrift-140526-vosslambertportret

Promotie:

 VUmc Amsterdam 26 mei 2014

Relatie met MS:

“Auto-immuunziekten hebben in zijn algemeenheid altijd  mijn interesse gewekt. Daarbij vind ik het erg belangrijk  dat onderzoek een duidelijke relevantie heeft voor de  patiënt en dus ook sterk gericht is op een ‘eindproduct’  voor de patiënt.

In dit geval is dat een test die voorspelt of de  behandeling met het desbetreffende medicijn wel of niet  geschikt is”.