De stof transglutaminase (TG2) speelt een belangrijke rol in verschillende pathologische aspecten van MS. Remming van TG2 in een vroeg ziektestadium kan leiden tot een vermindering van de klinische symptomen doordat het binnendringen van ontstekingscellen in de hersenen wordt geremd. Aan de andere kant kan het verhogen van het multifunctioneel eiwit TG2 in bepaalde hersencellen (oligodendroyten voorlopercellen) interessant zijn om remyelinisatie (herstel van myeline) in chronische demyelinisatie te stimuleren.

Samenvatting proefschrift Miriam van Strien

proefschriften-110121-MirjamvanStrien

Dit proefschrift bevat verschillende studies naar de bijdrage van het enzym weefsel Transglutaminase (tTG of TG2) in verschillende neuropathologische processen die een rol spelen bij MS. TG2 is een multifunctioneel enzym dat voorkomt in het hele lichaam. TG2 kan post-translationele veranderingen van eiwitten tot stand brengen, zoals bij de clustering van het amyloid eiwit in de hersenen van Alzheimer patienten. Bovendien kan TG2 werken als een G-eiwit, betrokken bij signaaltransductie van bijvoorbeeld a-adrenerge receptoren. TG2 is aanwezig in het cytoplasma van cellen, maar kan ook op het cel-oppervlak en extracellulair voorkomen. Het extracellulaire TG2 kan de interactie tussen p-integrines en extracellulaire matrix eiwitten, waaronder fibronectine, bevorderen, waarmee het een belangrijke rol speelt in cel-matrix interacties.

Op basis van bovenstaande karakteristieken van TG2 is met behulp van cel experimenten duidelijk geworden dat TG2 betrokken is bij verschillende fysiologische processen zoals migratie van cellen, vorming van de extracellulaire matrix, apoptose en differentiatie van cellen. Echter, omdat deze processen (deels) ook een rol spelen in de pathogenese van MS hebben wij de hypothese geformuleerd dat TG2 van cruciaal belang is in verschillende neuropathologische processen die ten grondslag liggen aan MS. Het onderzoek dat deze hypothese getoetst heeft, staat beschreven in dit proefschrift.

Meetmethode

Om TG2 eiwit levels kwantitatief te kunnen meten in humaan en proefdier (muis en rat) weefsel en cellen hebben we een assay ontwikkeld, de ‘sandwich enzyme-linked immunosorbent assay’ (ELISA) die specifiek TG2 eiwit meet . Deze studie is de eerste die een kwantitatieve assay beschrijft waarmee TG2 eiwit hoeveelheden gemeten kunnen worden in zowel humaan als proefdier materiaal. Er is weinig kruisreactiviteit met andere transglutaminase familieleden. Deze assay is van groot belang voor het onderzoek dat beschreven staat in dit proefschrift, maar ook voor andere onderzoeksgroepen die werken aan TG2.

Meting aanwezigheid TG2 en effect van remming op EAE

Wij hebben onderzocht of TG2 aanwezig is in inflammatoire laesies in humaan post¬mortem materiaal van MS patiënten en in een diermodel voor MS. We hebben voor het eerst aangetoond dat TG2 aanwezig is in infiltrerende monocyten/macrofagen in actieve en chronisch-actieve MS laesies. Ook is TG2 aanwezig in monocyten/macrofagen in het ruggenmerg van ratten met chronische-relapsing experimentele autoimmune encephalomyelitis (cr-EAE).

Om te onderzoeken of TG2 een klinisch relevante rol speelt in MS, hebben we TG2 activiteit tijdens cr-EAE geremd met KCC009, een klein peptide dat specifiek TG2 activiteit remt. Remming van TG2 activiteit leidde tot een onmiddellijke en dramatische vermindering van klinische problemen, zelfs wanneer de behandeling met KCC009 pas start tijdens het ziekteproces. Verder neuropathologisch onderzoek in het ruggenmerg van deze dieren liet zien dat, na remming van TG2 activiteit, er minder infiltratie was van monocyten en een verminderde afname van myeline. We concluderen datTG2 belangrijk is voor infiltratie van monocyten/macrofagen in het CZS wat uiteindelijk leidt tot demyelinisatie.

TG2 in astrocyten

We laten zien dat, in actieve en chronisch-actieve MS laesies, TG2 ook aanwezig is in reactieve astrocyten. Naast de infiltratie van inflammatoire cellen vanuit de bloedbaan het CZS in, is ook reactieve astrogliose (littekenvorming) een belangrijk neuropathologisch kenmerk van MS. Deze reactieve astrocyten vormen het littekenweefsel dat hoogst waarschijnlijk gefaciliteerd wordt door een veranderde samenstelling van verschillende eiwitten in de ECM, waaronder fibronectine. We toonden aan dat TG2 in astrocyten betrokken is bij adhesie van astrocyten aan fibronectine en migratie over fibronectine. Dit suggereert dat TG2 betrokken is bij de interactie van astrocyten met fibronectine, wellicht door het veranderen van de samenstelling van de ECM.

We konden onze bevindingen bevestigen in een proefopzet waar de rol van TG2 in rat astrocyt adhesie aan, en migratie over fibronectine is bestudeerd. Van belang hierbij is de waarneming dat inflammatoire cytokinen de hoeveelheid TG2, maar ook TG activiteit in de cel, en ook op het cel oppervlak verhogen. Dit kan de versterkte interactie tussen astrocyten en het ECM eiwit fibronectine verklaren. Op basis van deze waarneming denken wij dat TG2 van belang is bij de vorming van het littekenweefsel met de bijbehorende ECM veranderingen die gevonden worden in chronische laesies bij MS patiënten.

Een mogelijke oorzaak van verminderde myelinevorming in laesies

Een ander neuropathologisch aspect is de verminderde myeline vorming in chronische MS laesies. Een van de oorzaken hiervan kan zijn dat de oligodendrocyt voorloper cellen (oligodendrocyt precursor cellen (OPCs)) niet in staat zijn zich te ontwikkelen tot volwassen, myeline vormende oligodendrocyten. Omdat TG2 betrokken is bij differentiatie van verschillende celtypes, waaronder bijvoorbeeld neuronen, is de rol van TG2 in differentiatie van OPCs bestudeerd. In vitro studies laten zien dat TG2 met name tot expressie komt in OPCs en verlaagd is wanneer deze cellen gaan differentiëren. Wanneer TG2 activiteit geremd werd in de gekweekte OPCs was er een verminderde differentiatie en myeline-vorming waar te nemen in deze cellen. Verder onderzoek waarbij gebruik werd gemaakt van een diermodel voor de- en re-myelinisatie in TG2 deficiënte (knock-out) muizen, laat zien dat TG2 knock-out muizen minder in staat zijn tot remyelinisatie van de witte stof in de hersenen in vergelijking tot controle dieren. We concluderen dan ook dat TG2 belangrijk is voor de differentiatie van oligodendrocyten en daardoor een rol speelt in myelinisatie van zenuwbanen.

Samenvatting

Kort samengevat, in dit proefschrift laten we zien dat TG2 aanwezig is in de hersenen van MS patiënten als ook in het CZS van een diermodel voor MS. De verschillende studies geven aan dat TG2 functioneel betrokken is bij verschillende neuropathologische processen onderliggend aan MS. Hoewel enerzijds remming van TG2 een interessant aangrijpingspunt lijkt voor therapie van MS , is anderzijds stimulatie van TG2 productie en activiteit therapeutisch interessant om tot verhoogde myelinisatie van de laesies te komen. Manipulatie van de productie en activiteit van TG2 is potentieel zeer interessant voor therapieontwikkeling in MS, maar zorgvuldigheid dient te worden betracht bij de mate van manipulatie en ook moet men rekening houden met de fase van het ziekteproces.

Thesis: Tissue Transglutaminase: a multifaceted therapeutic target for Multiple Sclerosis 
Promotor: prof.dr. H.J. Groenewegen;
Co-promotoren: dr. A.M.W. van Dam, dr. B. Drukarch

Curriculum Vitae

Personalia:

Naam:     Miriam E. van Strien
Geboren:  Middelburg, 12 oktober 1981

 Opleiding:

1999, Chr. Scholengemeenschap Walcheren

2003, Bachelor, Biochemistry, Hogeschool Zeeland, Vlissingen

2005, Masters, Oncology, VUmc

 Werkervaring:

Diverse Internships zoals bij Johnson & Johnson Pharmaceuticals; Nederlands Kanker Insituut Amsterdam; Dep. Clinical Genetics, VUmc; Postdoc Nederlands Instituut Neuroscience, Astrocyte Bioly en Neurodegeneration.

proefschriften-110121-MirjamvanStrien2

Promotie:

21 januari 2011, VUmc Amsterdam

Relatie met MS:

Ik heb de master Oncology gevolgd omdat ik erg geinteresserd was in kankeronderzoek. Daarnaast vond ik het onderzoek naar MS ook erg interessant omdat mijn vader MS heeft. Toen ik destijds bijna afgestudeerd was heb ik gesolliciteerd op een promotie-onderzoek naar MS en ben daar aangenomen. Dit proefschrift is hier uiteindelijk uit voort gekomen.