Functional immunogenetics of MS

Risicofactoren voor het krijgen van MS zijn omgevingsfactoren en genetische variaties. De belangrijkste omgevingsfactoren zijn een infectie met het Epstein Barr virus dat de ziekte van Pfeiffer veroorzaakt en een verlaagde concentratie van vitamine D in het bloed. Sinds de jaren ’50 is uit familie studies en tweeling onderzoek gebleken dat MS een genetische component heeft. In de jaren 70 werd het eerste MS-risicogen gevonden, HLA klasse II. Daarna zijn tot 2007 zijn geen grote ontdekkingen op het gebied van MS en risico genen gedaan.

Genetisch onderzoek in MS

In 2007 werd de eerste MS ‘Genome wide association study’ (GWAS) gepubliceerd. GWAS onderzoeken zeer kleine genetische variaties in het DNAafkorting van deoxyribonucleic acid, is een dimere macromolecule dat in levende wezens de drager is van erfelijke informatie. Het bevindt zich in elke celkern. Wordt ook vaak desoxyribonucleïnezuur genoemd. Meer... van mensen met MS en vergelijken die met het DNA van gezonde controles. In deze eerste MS GWAS werd het DNA van ongeveer 5400 gezonde controles vergeleken met het DNA van ongeveer 10.000 mensen met MS. In de studie werden twee kleine genetische variaties, genaamd single nucleotide polymorfismen (SNP), gevonden die geassocieerd zijn met een licht verhoogd risico op het krijgen van MS.

Na deze studie zijn er ongeveer nog 10 andere GWAS gepubliceerd. De meest recente MS GWAS is gepubliceerd in 2013 en hierin werd het DNA van ongeveer 25.000 MS patiënten en 48.000 gezonde controles vergeleken. Op dit moment zijn er ongeveer 105 SNP geassocieerd met een licht verhoogd risico op het krijgen van MS. Belangrijk om op te merken is dat deze genetische variaties niet gebruikt kunnen worden voor het vaststellen van de diagnose MS en dat deze ook niet voorspellend zijn voor het verdere beloop van de ziekte. Dit komt mede doordat deze SNP ook voorkomen bij gezonde personen. Maar ze worden wel vaker gevonden bij mensen met MS. Het doel van deze GWAS is om beter inzicht te krijgen in factoren die bijdragen aan het ontstaan van MS.

Functioneel onderzoek beter begrip genetische associaties

De belangrijkste vervolgvraag na de ontdekking van deze risicogenen is hoe deze genetische variaties functioneel bijdragen aan het het risico om MS te ontwikkelen. Met andere woorden: indien iemand drager is van een SNP, hoe verandert dit dan de functie of de hoeveelheid van het 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 hoe draagt dit uiteindelijk bij tot de ontwikkeling van MS? Om deze belangrijke vraag te beantwoorden hebben wij drie SNP geselecteerd en hebben wij onderzocht hoe deze genetische variaties bijdragen aan het verhoogde risico om MS te ontwikkelen.

Het IL-7Rα pathway in MS patiënten

Het eerste risicogen dat wij onderzocht hebben is de interleukine 7 receptor alfaOok wel het significantieniveau genoemd, is de grens die de onderzoeker heeft gekozen (meestal 0,05) om de significantie van de uitkomst van een onderzoek te bepalen. Meer..., kortweg IL-7Rα. Deze receptor is belangrijk voor de activatie en de overleving van T-cellen. Deze cellen zijn waarschijnlijk belangrijk bij het ontstaan van de ontstekingsgebieden in de hersenen van mensen met MS. Wij vonden significant meer IL-7Rα op de celmembraan van T-cellen van MS patiënten. Activatie van deze T-cellen met een IL-7Rα in MS patiënten veroorzaakte de productie van een aantal schadelijke eiwitten, terwijl dit in gezonde controles niet gebeurde. Tevens vonden wij in de hersenen van MS patiënten interleukine 7 (IL-7), terwijl dit bij gezonde controles niet in de hersenen aanwezig is. Dit IL-7 is in staat om de T-cellen met een IL-7Rα die gevonden worden in hun brein van MS patiënten te activeren. Gegeven de gevonden verschillen tussen patiënten en controles zou dit IL-7 in de hersenen van MS patiënten kunnen leiden tot een versterkte activatie van T-cellen en daarmee extra schade aan het centrale zenuwstelsel kunnen aanrichten. Aangezien IL-7 ook belangrijk is voor de overleving van T-cellen, kan dit een verklaring zijn waarom de T-cellen in het brein van MS patiënten aanwezig blijven.

Onderzoek van genen waarvan de functie onbekend is

Het tweede risico-gen dat we onderzocht hebben, is CLEC16A. De functie van dit 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... is op dit moment onbekend. Het behoort tot de familie van de C-type lectines, de eiwitten die belangrijk zijn in de regulatie van de sterkte van een afweerrespons. CLEC16A is ook geassocieerd met een verhoogd risico op het krijgen van andere auto-immuunziektes, zoals bijvoorbeeld type 1 diabetes (suikerziekte), en bepaalde leverziektes en kan daarom belangrijk zijn in de ontwikkeling van auto-immuunziektes. Vanwege deze associaties zijn wij gaan onderzoeken wat de functie van dit gen is. Wij vonden dat CLEC16A een zeer belangrijke regulator is van de belangrijkste genetische risicofactoren voor het ontwikkelen van MS, HLA klasse II.

De meeste van MS geassocieerde risico genen hebben een functie in het immuunsysteem, maar het derde MS risico gen waar wij onderzoek naar hebben gedaan, is waarschijnlijk belangrijk voor het centrale zenuwstelsel. Kif21b behoort tot de familie van de kinesines, dit zijn eiwitten die van belang zijn voor het transport van moleculen over grote afstanden in het centrale zenuwstelsel. De exacte functie van kif21b is op dit moment onbekend. Daarvoor hebben wij in grote groepen niet dementerende controles, MS patiënten en Alzheimerpatiënten gekeken naar de hoeveelheid kif21b in het brein.

We hebben Alzheimerpatiënten meegenomen in deze studie, omdat Alzheimer een klassieke neurodegeneratieve ziekte is. MS heeft ook een neurodegeneratieve component en deze is op dit moment erg slecht begrepen. Met name jonge Alzheimerpatiënten hebben veel kif 21b in hun brein en dit was significant meer dan MS patiënten en controles. Voor zowel Alzheimerpatiënten als MS patiënten gold dat het hebben van veel kif 21b geassocieerd is met een ongunstige prognose. Deze patiënten hadden een snellere progressief ziektebeloop. De gevonden verschillen tussen MS patiënten en Alzheimerpatiënten konden gedeeltelijk verklaard worden door de onverwachte expressie van kif21b in astrocyten (klassiek gezien als de ondersteunende cellen in het menselijke brein). Activatie van astrocyten veroorzaakten in ons onderzoek een verhoging van de hoeveelheid kif21b. Hieruit kunnen we concluderen dat kif21b waarschijnlijk betrokken is bij de neurodegeneratieve component van MS en Alzheimer.

Interactie tussen genetische risicogenen en omgevingsfactoren

De bekende omgevingsfactoren en genetische variaties kunnen op dit moment maar een klein deel van het risico om MS te ontwikkelen verklaren. Een mogelijke verklaring hiervoor is dat met name de interactie tussen de bekende omgevingsfactoren en de genetische risicovariaties een versterkend effect op elkaar hebben. Op dit moment zijn interacties tussen de MS risicogenen en omgevingsfactoren erg slecht gekarakteriseerd.

De belangrijkste omgevingsfactor voor het krijgen van MS is het doormaken van een infectie met het Epstein Barr virus, EBV. Nagenoeg alle MS patiënten hebben in het verleden een infectie met EBV doorgemaakt, terwijl dit percentage in de gezonde Nederlandse populatie tussen de 90 en 95% ligt. Daarnaast geldt dat MS patiënten een versterkte afweerreactie tegen EBV hebben vergeleken met gezonde controles. Aangezien de meeste MS risicogenen geassocieerd zijn met een functie in het immuunsysteem hebben wij de hypothese gepostuleerd dat sommige van MS risicogenen een versterkend effect hebben op de afweerrespons tegen EBV.

Om dit te onderzoeken hebben wij een studie opgezet waarin ongeveer 700 MS patiënten en 150 gezonde controles hebben deelgenomen. Allereerst hebben wij gevalideerd dat MS patiënten een versterkte respons tegen EBV hebben. Vervolgens hebben wij onderzocht of dit gedeeltelijk verklaard kon worden door de MS risicogenen. Wij vonden dat vier risicogenen onafhankelijk van elkaar geassocieerd zijn met een versterkte respons tegen EBV. Mensen die drager zijn van alle vier de risicovarianten hebben een sterkere respons tegen EBV dan mensen die maar één of twee risico varianten hebben. Sommige van deze genen zijn onafhankelijk van onze studie in andere publicaties geassocieerd met EBV en het is dus zeer aannemelijk dat deze bijdragen aan de versterkte immuunrespons tegen EBV.

Conclusies

Onze kennis over genetische variaties die een licht verhoogd risico geven op de kans om MS te ontwikkelen is de afgelopen zes jaar sterk gestegen. De belangrijkste vervolgstap in het MS onderzoek is beter begrijpen hoe deze genetische variaties het risico op MS verhogen. In ons onderzoek hebben we een eerste stap in die richting gezet. Door zowel gezonde controles als MS patiënten met en zonder deze risicovariaties te vergelijken, kunnen we onderzoeken wat de functionele effecten van de risicogenen zijn. Een andere belangrijke stap is te onderzoeken wat de functie van de risicogenen is. Een andere uitdaging is om te onderzoeken hoe de omgevingsfactoren en de risicovariaties elkaar beïnvloeden. Dit zal er uiteindelijk toe leiden dat we een beter inzicht krijgen in de ontstaanswijze van MS, wat mogelijk kan leiden tot het ontwikkelen van meer specifieke geneesmiddelen tegen MS, die effectiever zijn en minder bijwerkingen hebben.

Functional immunogenetics of MS

Promotoren: Prof.dr. R.Q. Hintzen en Prof.dr. J.D. Laman

De Telegraaf besteedde aandacht aan ‘Onderzoek Erfelijkheid van MS’ nav promotie K. Kreft op 8 Jan in Rotterdam; zie http://t.co/O9oMn3x7BX