Cerebrospinal Fluid Proteomics bij MS

Presentatie van de resultaten van het uitgevoerde proteomics onderzoek in liquor cerebrospinalis van patiënten met multiple sclerose (MScl). De resultaten van deze studies tonen aan dat proteomics en massaspectrometrie technieken van belangrijke toegevoegde waarde zijn in het veld van biomarkeronderzoek naar neurologische ziekten en dat de door deze technieken gevonden biomarkers betrouwbaar gevalideerd kunnen worden met andere analytische technieken.

Samenvatting proefschrift Marcel Stoop

De ziekte MS wordt gekarakteriseerd door een combinatie van factoren zoals ontsteking, demyelinatie en axonale schade, en is vaak zeer divers qua presentatie in verschillende patiënten. Hoewel er al veel onderzoek naar MScl gedaan is, is de oorzaak van de ziekte nog niet ontdekt. De ziekteprocessen van MScl zijn vooral gelocaliseerd in het centrale zenuwstelsel. Doordat het dicht bij de ziekteprocessen ligt, is liquor cerebrospinalis een interessante optie is voor onderzoek naar de ziekte. Geavanceerde analyse technieken als proteomics hebben de capaciteit om grote aantallen monsters te analyseren en leveren vaak grote hoeveelheden data op, wat na analyse een significante bijdrage kan opleveren voor de detectie van nieuwe biomarkers voor MScl.

In hoofdstuk 1 wordt de huidige kennis over de pathologie van MScl beschreven. De ziekte wordt beschouwd een auto-immuun ziekte te zijn, waarbij autoreactieve T-cellen een ontstekingsproces tegen de myelineVetachtige, witte stof die in de vorm van de zogenaamde myelineschede de zenuwvezels isolerend omhult. De myeline draagt bij tot een efficiënte zenuwgeleiding; bij myelinebeschadiging, zoals bij MS, loopt de zenuwgeleiding mank of is ze zelfs afwezig. Dit kan leiden tot diverse symptomen. Meer... beschermlaag van de zenuwen voortdrijven. Echter de pathologie van MScl is een stuk gecompliceerder, wat deels geïllustreerd wordt door de heterogeniteit die geobserveerd wordt in de klinische en fenotypische representatie van de ziekte. De unieke pathologische component van MScl is de aanwezigheid van de plaques op meerdere plaatsen in het centrale zenuwstelsel waar de myeline verwijderd of beschadigd is.

Een aantal liquor cerebrospinalis monsters van patiënten zonder neurologische aandoeningen zijn, in het onderzoek beschreven in hoofdstuk 2, gebruikt om de variatie in eiwiteen chemische stof, die is opgebouwd uit een aaneenschakeling van kleine moleculen (aminozuren. Die bevatten als kenmerk alle stikstof. Van die aminozuren zijn er 20 verschillende. De volgorde waarin ze aan elkaar geknoopt worden is geregeld vanuit de kernen van de cellen volgens een daarin opgeslagen vaste volgorde van 4 stoffen, de 'basen'. De volgorde waarin de basen aan elkaar geknoopt zijn is dus bepalend voor de samenstelling van een eiwit. Zo'n streng basen vormt samen een molecuul DNA. Het bevindt zich in één van de kernlissen in de kern -zie chromosomen. Een hoofdtaak van eiwitten is het regelen van de stofwisseling - zie enzymen. Eiwitten kunnen ook dienen als bouwmateriaal voor het lichaam. Ze maken dan onderdeel uit van de stofwisseling. Meer... en metaboliet waarden tussen individuen te bepalen. Uit deze resultaten kon geconcludeerd worden dat de variatie in eiwit concentraties tussen individuen vrij graat is, en afhankelijk is van welk eiwit geanalyseerd wordt. Hiermee zal terdege rekening gehouden moeten worden als monsters van patiënten met een ziekte worden vergeleken met controle monsters. Studies om biomarkers te detecteren bestaan uit twee verschillende delen; detectie van de verschillen tussen de bestudeerde monsters, en de identificatie van die verschillen.

In hoofdstuk 3 worden de uitdagingen en valkuilen van het tweede gedeelte van biomarkerEen gegeven waaraan een onderzoeker of arts de symptomen van een ziekte kan herkennen. Meer... studies, het identificeren van de verschillen tussen (groepen van) monsters, besproken. Door verschillende vormen van massaspectrometrie te combineren hebben we kunnen bepalen welke factoren van invloed zijn op de betrouwbaarheid van de identificatie van een peptide uit een MS/MS spectrum. De volgende vier factoren bleken van belangrijke invloed te zijn; de signaalsterkte van het peptide in de massaspectrometer, de nauwkeurigheid van de massaspectrometer, de statistische score van de zoekactie in de database, en de frequentie van observatie van het peptide in de gemeten monsters.

In hoofdstuk 4 worden de experimenten beschreven die gedaan zijn om biomarkers voor MScl te identificeren door 164 liquor cerebrospinalis monsters te meten met een massaspectrometrie techniek. Significante verschillen werden onder andere gevonden als MScl monsters werden vergeleken met monsters van controle patiënten zonder ontstekingen. Drie van deze eiwitten werden geïdentificeerd, waarvan er een, chromogranine A, werd bevestigd door extra experimenten uit te voeren met een specifieke test om de concentratie van dit eiwit te bepalen.

In hoofdstuk 5 introduceren wij een nieuwe, kwantitatieve massaspectrometrie methode en wordt deze methode gebruikt om 163 liquor cerebrospinalis monsters te analyseren. De drie eiwitten die eerder gevonden werden, werden ook door deze methode als verschillen tussen MScl en controle patiënten zonder ontstekingen gevonden. Een aantal andere eiwitten, waaronder een flink aantal dat past in de huidige kennis van de pathologie van MScl, kon aan deze lijst worden toegevoegd.

Het grootste gedeelte van deze eiwitten kan worden geplaatst in de ingeboren arm van het immuun systeem, een proces wat wellicht direct gekoppeld is met de neurodegeneratieve component van de ziekte.

Met uitzondering van hoofdstuk 6 van dit proefschrift worden wereldwijd eigenlijk vrijwel alle proteomics studies in liquor cerebrospinalis van MScl patiënten uitgevoerd zonder onderscheid te maken tussen de verschillende vormen van MScl. In dit hoofdstuk beschrijven wij de experimenten die gedaan zijn om verschillen te identificeren tussen twee vormen van MScl, de primair progressieve en de relapsing remitting vorm. Door middel van de kwantitatieve methode beschreven in hoofdstuk 5 werden een aantal eiwitten gevonden die verschillend waren tussen de twee vormen van MScl. Voor twee van deze eiwitten, jagged-1 en vitamine D-bindend eiwit, kan met andere validatie technieken worden bevestigd dat deze inderdaad verlaagd aanwezig waren in de primair progressive vorm van de ziekte vergeleken met de relapsing remitting vorm.

Conclusie

De resultaten van deze studies tonen aan dat proteomics en massaspectrometrie technieken van substantiële toegevoegde waarde zijn in het veld van biomarker onderzoek naar neurologische ziekten en dat de door deze technieken gevonden biomarkers betrouwbaar gevalideerd kunnen worden met andere analytische technieken. Alhoewel de gepresenteerde resultaten niet direct leiden tot nieuwe therapeutische doelen voor MScl therapie wordt er wel nieuwe informatie toegevoegd aan de huidige kennis die zeer nuttig zal zijn voor verdere opheldering van de processen die een rol spelen bij deze ziekte. Vooruitgang in massaspectrometrie technieken en analyse software zullen het in de toekomst mogelijk maken om nog meer in detail grote aantallen monsters te analyseren en meer informatie te verschaffen over de processen die een rol spelen in MScl.

Proefschrift: Cerebrosinal Fluid Proteomics of MS Patients
Promotor: prof.dr. R.Q. Hintzen
Copromotor dr. T.M. Luider