De invloed van bacteriën en eiwitten op MS

in het bijzonder de eiwitten CD97 en CD44

Onderzoek naar een mogelijke rol van een bestanddeel van de celwand van bacteriën en van twee bij het afweersysteem betrokken eiwitten bij het ziekteproces van MS. Het bacteriebestanddeel zou MS-ontstekingen mogelijk kunnen verergeren. Daarnaast lijken ook de twee eiwitten – CD97 en CD44 genaamd – betrokken te zijn bij het ziekteproces. Beide eiwitten spelen een rol bij het regelen van de activiteit, de vermenigvuldiging en het zich naar de plaats van ontsteking bewegen van witte bloedcellen.

Samenvatting proefschrift L. Visser (2005)*

MS is een chronische ziekte van het centrale zenuwstelsel (CZS), de hersenen en het ruggenmerg. Het afweersysteem is normaliter gericht tegen lichaamsvreemde, bedreigende componenten, zoals virussen en bacteriën. Het afweerstysteem van mensen met MS valt ook lichaamseigen componenten in het CZS aan, zoals de beschermende schede rondom de uitlopers van zenuwcellen, de zogeheten myelineschede. Schade aan de myelineschede en zenuwcellen verstoort de zenuwfunctie. De plaats van 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... afbraak bepaalt het klinische beeld.

Karakteristiek voor MS zijn de ontstekingshaarden (infiltraten) in het CZS. Deze infiltraten bestaan uit cellen van het afweersysteem, de leukocyten. Er bestaan verschillende typen leukocyten, zoals antigeen presenterende cellen (APC), T en B cellen. APC kunnen bacteriën of virussen, maar ook andere componenten opnemen. De APC herkent bepaalde structuren van bacteriën en virussen en worden hierdoor geactiveerd.

Onderzocht is of een bacterieel celwand component, het peptidoglycaan, kan bijdragen aan MS. Verder is onderzocht of de cel oppervlakte moleculen CD97 en CD44 betrokken zijn bij MS.

Peptidoglycaan (PG)

PG is een belangrijk bestanddeel van de celwand van bacteriën en werkt ontstekingsbevorderend via activering van specifieke receptoren voor PG. Deze receptoren zijn aanwezig op en in APC. APC kunnen PG vervoeren van de slijmvliezen of van plaatsen van infectie naar de lymfoïde organen. PG-bevattende APC kun je ook in hoge aantallen vinden op plaatsen van chronische ontsteking, zoals in de gewrichten van patiënten met reuma. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat in hersenweefsel van MS patiënten meer PG-bevattende APC aanwezig zijn in vergelijking met controle personen.

Wij denken dat PG bijdraagt aan de chronische ontsteking bij patiënten met MS door activering van APC. Om deze hypothese te toetsen hebben we gebruik gemaakt van diermodellen voor MS. In diermodellen heet het op MS gelijkende ziektebeeld: experimentele autoimmuun encefalomyelitis (EAEexperimental autoimmune encephalomyelitis= experimentele auto-immuunontsteking van de myeline in de hersenen, het diermodel van MS. Meer...).

Lysozym en amidase

APC produceert twee enzymeneiwitten, die noodzakelijk zijn voor het laten verlopen van chemische reacties in het lichaam. Ze nemen niet aan die reacties deel en zijn dus katalysatoren. Vergelijk het met een hamer, die de timmerman gebruikt om een plank aan de muur te maken. Zonder hamer is dat moeilijk en de hamer blijft de hamer. Meer..., Lysozym en amidase, die PG kunnen afbreken. Hierdoor verliest PG zijn ontstekingsbevorderende werking. In dit onderzoek hebben we de aanwezigheid van PG-bevattende cellen en PG-afbrekende enzymen bepaald in hersenweefsel van twee verschillende diermodellen voor MS. De EAE in het ene diermodel verloopt chronisch, terwijl het andere diermodel een acuut ziekteverloop vertoont.

Voor deze studie hebben we ingevroren weefsels gebruikt uit voorgaande experimenten. In beide modellen zijn bij dieren met EAE meer PG-bevattende cellen in de hersenen gevonden in vergelijking met controle dieren zonder EAE. Hersenweefsel van dieren die een acuut ziektebeeld vertonen bevatte veel meer cellen met PG in vergelijking met dieren waar het ziektebeeld chronisch verloopt.

Verder zagen we dat amidase alleen aanwezig was in infiltraten in het hersenweefsel van dieren met acute EAE, en niet in dieren met chronische EAE. Lysozym daarentegen, was afwezig in alle dieren, met of zonder EAE. Deze gegevens impliceren dat tijdens EAE cellen naar de hersenen migreren die PG bevatten, waarbij het aantal PG-bevattende cellen afhangt van het verloop van de ziekte. De afwezigheid van PG-afbrekende enzymen in de hersenen suggereert dat PG op deze plek niet afgebroken kan worden en mogelijk bijdraagt aan de chronische ontsteking.

Bijdrage PG aan EAE

In dit onderzoek is aangetoond dat PG daadwerkelijk kan bijdragen aan EAE ontwikkeling in muizen. EAE treedt niet spontaan op, maar wordt geïnduceerd door een injectie van myeline antigenen in een emulsie van olie met ontstekingbevorderende componenten (gewoonlijk dode tuberculose bacteriën).

Het huidige onderzoek toont aan dat PG, als een enkel component van de bacteriële celwand, de gehele tuberkel bacterie kan vervangen voor de inductie van EAE. Verder zagen we dat het ingespoten PG al na vier uur aanwezig was in de lymfoïde organen in een gespecialiseerd type APC, de dendritische cel. APC kunnen andere cellen activeren, zoals T en B cellen die specifiek gericht zijn tegen de antigenen (deeltjes) die de APC presenteren.

Dit gebeurt onder normale omstandigheden in lymfoïde organen, zoals de lymfeklieren en de milt. In een kweeksysteem hebben we dit nagebootst. We hebben aangetoond dat PG
de dendritische cel kan stimuleren tot een verhoogde opname van antigenen en productie van ontstekingsbevorderende eiwitten. PG kon via dendritische cellenook wel dendrocyten (DC's) genoemd. DC's zijn immunologisch actieve witte bloedcellen die als starters van het immuunsysteem functioneren en dan ook wel "professionele antigeen-presenterende cellen" of APC's genoemd worden. Meer... ook T cellen laten delen en uitrijpen tot ontstekingsbevorderende T helper 1 cellen. Deze gegevens suggereren dat PG in lymfoïde organen of zelfs in het CZS kan bijdragen aan MS, door het geven van ontstekingssignalen aan APC.

Activatie en migratie van cellen vanuit de lymfoïde organen naar plaatsen van ontsteking (bij MS patiënten het CZS) is een zorgvuldig gereguleerd proces. Dit proces wordt onder andere gecoördineerd door moleculen die aanwezig zijn op het oppervlak van zowel de migrerende cellen als de cellen van de bloedvaatjes op plaatsen waar een ontstekingsreactie is. De moleculen van de migrerende cellen en de receptor moleculen op andere cellen grijpen in elkaar als een sleutel en slot. Door deze signalen kunnen de cellen de bloedbaan uit migreren.

CD97 en CD44

Tevens is onderzocht of de cel oppervlakte moleculen CD97 en CD44 bijdragen aan het ziekteproces in MS. CD97 en CD44 zijn moleculen die voorkomen op het oppervlak van verschillende celtypen. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat deze moleculen een belangrijke rol spelen bij reuma en chronische darmontsteking (colitis). Deze moleculen dragen mogelijk bij aan het ziekteproces in MS door coördinatie van verschillende cellulaire processen, zoals activatie, deling en migratie naar plaatsen van ontsteking.

CD97 is betrokken bij de activatie, migratie en adhesie van cellen. CD55 was de enige ligand voor CD97 dat in de literatuur bekend was tijdens het onderzoek voor dit proefschrift. Inmiddels is bekend dat CD97 zich ook kan binden aan integrinen en componenten van de extracellulaire matrix (tussenstof). CD55 beschermt cellen tegen complement factoren. Het complement systeem bestaat uit moleculen die helpen bij het bestrijden van infecties. Doordat lichaamseigen cellen moleculen zoals CD55 op hun oppervlakte dragen worden zij niet aangevallen door het complement.

Het onderzoek toont aan dat CD97 en CD55 aanwezig zijn op plaatsen van ontsteking in het CZS van MS patiënten. CD97 kwam niet en CD55 kwam nauwelijks tot expressie op cellen in normaal hersenweefsel. Daarentegen werd in ontstekingsgebieden in MS hersenweefsel een verhoogde expressie van CD55 gevonden op endotheelcellen (cellen die de wand van bloedvaten aan de binnenzijde bekleden).

Direct naast deze endotheelcellen kwam CD97 tot expressie op infiltrerende APC, T en B cellen. Daarom veronderstellen wij dat CD97 op leukocyten bijdraagt aan de migratie van cellen uit de bloedbaan naar het CZS, door interactie met CD55 op endotheelcellen. Om te bepalen of CD97 interacties met CD55 van belang zijn voor MS, hebben we EAE in muizen behandeld met een blokkerende antistof die de interactie tussen CD97-CD55 voorkomt.

Het gebruikte behandelingsschema resulteerde niet in een verminderde ziektelast. Dit kan betekenen dat
1. de CD97-CD55 interactie niet van belang is in muizen met EAE, of
2. de behandeling van te korte duur was om de ziektelast te verminderen.
In vervolgonderzoek kunnen we gebruik maken van muizen die het gendrager van de informatie voor een specifieke erfelijke eigenschap in een cel. Na de ontdekking van de structuur van het DNA werd 'gen' het woord voor een deel van het DNA-molecuul waaruit een chromosoom bestaat. Tegenwoordig ligt dit nog weer aanzienlijk gecompliceerder. Gen is misschien nog het best op te vatten als een natuurlijke eenheid van erfelijke informatie. Meer... voor CD97 ontberen, om zodoende een beter inzicht te krijgen in de functionele rol van CD97 in MS.

CD44 v1-v10

CD44 en de variant isovormen van CD44 (CD44v1-v10) spelen een belangrijke rol bij allerlei biologische processen, zoals celactivatie, -costimulatie, -migratie, -adhesie en geprogrammeerde celdood. Geprogrammeerde celdood is van belang bij het beëindigen van een ontstekingsreactie, b.v. als het infectiegevaar geweken is. Daarnaast kan CD44 als een magneet fungeren voor ontstekingsmediatoren. Zodoende kan CD44 ervoor zorgen dat er lokaal een verhoogde concentratie ontstaat van deze ontstekingsmediatoren.

Bepaalde CD44v isovormen blijken specifiek tot expressie te komen in hersenweefsel van MS patiënten en muizen met EAE. In muizen met EAE hebben we op verschillende tijdstippen na ziekte inductie de expressie van CD44v10 bestudeerd in de hersenen. CD44v10 kwam tot expressie op verschillende CZS infiltrerende cellen (APC, T en B cellen). Met name CD44v10+ T helper cellen konden zelfs nog op late tijdstippen na EAE inductie gedetecteerd worden, terwijl deze cellen afwezig waren in controlemuizen.

Daarnaast laten we zien dat muizen, die het gen voor CD44v7 of CD44v10 missen, een verminderde ziektelast vertoonden na EAE inductie. Deze gegevens tonen aan dat CD44v isovormen een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan EAE. Deze isovormen zijn mogelijk ook betrokken bij het ziekteproces in MS. Verder onderzoek moet aantonen op welke manier CD44v moleculen een rol spelen in de ziekte (b.v. bij adhesie of geprogrammeerde celdood).

Kort samengevat

Dit proefschrift heeft de volgende inzichten opgeleverd. PG kan bijdragen aan MS door activatie van APC. PG-bevattende cellen kunnen mee migreren naar het CZS tijdens MS of EAE en dragen daar mogelijk bij aan een ontstekings-bevorderend milieu. Niet alleen in het CZS, maar ook in lymfoïde organen zou PG een bijdrage kunnen leveren aan MS en EAE. Hier kan PG bijdragen door stimulatie van T en B cellen die gericht zijn tegen componenten van het CZS (zoals myeline), via APC. CD97 en CD44v isovormen kunnen ervoor zorgen dat celactivatie, -migratie, -adhesie en -overleving gestimuleerd worden tijdens MS en EAE.

We laten zien dat CD97 en CD44v isovormen tot expressie komen in ontstekingshaarden in het CZS van MS patiënten. EAE in muizen kan worden verminderd door afwezigheid van CD44v7 of CD44v10. Soortgelijke effecten worden verwacht bij afwezigheid van het CD97 molecuul. Dit proefschrift verschaft een verbeterd inzicht in de pathogenese van MS en draagt mogelijk bij in een rationele doelgerichte ontwikkeling van nieuwe therapeutische benaderingen.

Proefschrift: Immune modulation in MS models by peptidoglycan, CD97 and CD44
Promotor: prof.dr. J. D. Laman