620proefschrift-090312-koningcoverNathalie Koning heeft in menselijk hersenweefsel van de hersenbank vanuit verschillende gezichtspunten onderzoek gedaan  naar een specifiek mechanisme om macrofagen en microglia af te remmen. Dit zijn immuuncellen die bij MS het zenuwbeschermende myeline in de hersenen afbreken. Dit mechanisme berust op de interactie tussen twee eiwitten: CD200 en de bijbehorende receptor CD200R.

CD200 komt veel voor op hersencellen maar CD200R zit alleen op immuuncellen, en met name op macrofagen en microglia. Als CD200 aan CD200R bindt, communiceren hersencellen dus met immuuncellen. Het signaal dat daarbij wordt doorgegeven kan de activatie van macrofagen en microglia remmen. Het onderzoek richtte zich op de balans in het immuunsysteem tengevolge van de interactie tussen beide eiwitten.

CD200R zou wellicht een aangrijpingspunt kunnen zijn voor behandeling van MS. CD200 in de hersenen van MS patiënten is verlaagd, dus het geven van CD200 als medicatie zou een storing in de balans tussen beide eiwitten en dus van het immuunsysteem kunnen opheffen en de juiste interactie herstellen. Daarmee zou de activatie van de immuuncellen kunnen worden geregeld en aan de afbraak van de myeline een halt kunnen worden toegeroepen.

Nathalie liet verder zien dat de interactie tussen CD200 en CD200R niet het enige mechanisme is om de juiste balans binnen het immuunsysteem te bewaren. Een ander mechanisme dat ze onderzocht  is de interactie tussen de twee eiwitten GITR en GITRL in muizen.

Samenvatting proefschrift Nathalie Koning

063proefschrift-090312-koningMultiple sclerose (MS) is een ernstige ziekte van het centrale zenuwstelsel waarbij het immuunsysteem de beschermlaag van de zenuwen, het myeline, aanvalt en beschadigt. Zulke beschadigde plekken in de hersenen worden lesies genoemd en leiden ertoe dat zenuwsignalen niet goed meer worden overgebracht en daardoor vallen verschillende lichaamsfuncties uit. Eenmaal beschadigd kunnen zenuwcellen nauwelijks herstellen. Omdat de oorzaak van MS nog niet bekend is, zijn huidige therapieën erop gericht om zoveel mogelijk schade te voorkomen. Huidige therapieën kunnen tot op zekere hoogte klachten verminderen, maar kunnen MS nog niet stoppen. Er moet dus verder gezocht worden naar andere mechanismen die effectiever zijn in de behandeling van MS.

Eén van de belangrijkste gebeurtenissen in MS die leidt tot het ontstaan van lesies, is de activatie van bepaalde type immuuncellen, namelijk de macrofaag (betekent: grote eter), en microglia (kleine macrofaag-achtige cellen die alleen in de hersenen voorkomen). Normaal gesproken zijn deze cellen verantwoordelijk voor het opruimen van bacteriën en afvalstoffen omdat ze deze fagocyteren, ofwel letterlijk opeten. In MS fagocyteren ze echter myeline. Waarom deze cellen in MS zo actief worden is niet bekend. Wel kennen we verschillende mechanismen die deze cellen kunnen activeren, of juist kunnen remmen. De juiste balans moet ervoor zorgen dat cellen alleen actief worden wanneer dit nodig is, zoals bij het opruimen van bacteriën. In MS lijkt de balans verstoord, want macrofagen en microglia zijn actief, terwijl ze dat niet horen te zijn.

Dit proefschrift bevat verschillende studies naar een specifiek mechanisme om macrofagen en microglia af te remmen. Dit mechanisme berust op de interactie tussen twee eiwitten: CD200 en de bijbehorende receptor CD200R. CD200 komt veel voor op hersencellen maar CD200R zit alleen op immuuncellen, en met name op macrofagen en microglia. Als CD200 aan CD200R bindt, communiceren hersencellen dus met immuuncellen. Het signaal dat daarbij wordt doorgegeven kan de activatie van macrofagen en microglia remmen. Omdat in MS deze cellen actief zijn terwijl ze dat niet horen te zijn, hebben we MS lesies vergeleken met controle hersenweefsel om te bestuderen of CD200, CD200R en andere moleculen verstoord zijn in MS. Uit deze studie bleek inderdaad dat CD200, maar niet CD200R, verminderd is in MS lesies. We concluderen dat een verminderd remmend signaal een verstoorde balans kan opleveren waardoor de cellen makkelijker actief raken en ontstekingen in MS kunnen veroorzaken.

Om meer te weten te komen over hoe precies CD200-CD200R interactie plaats kan vinden, hebben we vervolgens gekeken op welke cellen in de hersenen van controle donoren en MS patiënten CD200 en CD200R zit. Zenuwcellen en hun uitlopers brengen CD200 tot expressie, maar ook oligodendrocyten, de cellen die de myelinelaag maken. Astrocyten (cellen met een ondersteunde functie voor zenuwcellen en verantwoordelijk voor het vormen van littekenweefsel in MS lesies) maken geen CD200. Een uizondering hierop zijn astrocyten in en rondom MS lesies, die wel CD200 aanmaken. Deze verrassende bevinding wijst erop dat de hersenen een compensatie mechanisme hebben om opnieuw te proberen de geactiveerde immuuncellen te onderdrukken, alhoewel dit in MS niet goed lijkt te lukken omdat het de ziekte niet tegenhoudt.

Als bekend zou zijn welke stoffen zorgen voor de expressie van CD200 in de hersenen, zouden we deze kennis toe kunnen passen om het tekort in MS lesies op te heffen. Omdat zulke stoffen nog niet bekend zijn hebben we verschillende factoren onderzocht op gekweekte cellen uit het brein . Ondanks dat we meerdere stoffen onderzocht hebben, kunnen we tot nu toe nog geen enkele factor vinden die de hoeveelheid CD200 op gekweekte zenuwcellen kan verminderen of vermeerderen. Op gekweekte macrofagen echter, bleek CD200R met name toe te nemen door het molecuul interleukine-4 (IL-4). Dit is interessant omdat onder invloed van IL-4, macrofagen een alternatief activatie programma aanzetten, waardoor ze wel actief zijn, maar speciale ontstekingsremmende effecten hebben. Omdat CD200R specifiek op deze cellen lijkt te zitten, lijkt het erop dat CD200R niet zozeer de cel inactiveert, zoals altijd werd aangenomen, maar eerder bijdraagt aan deze ontstekingsremmende effecten.

Microglia hebben ook CD200R, dus wilden we weten of de hoeveelheid ervan ook toe kan nemen na IL-4. Er is in het verleden weinig onderzoek naar microglia gedaan, omdat deze cellen moeilijk te isoleren zijn uit de hersenen. Daarom hebben we een speciale en unieke techniek ontwikkeld om onmiddelijk na obductie, uit humane hersenen microglia te isoleren en te kweken. Tot onze verrassing zorgt IL-4 niet voor een toename van CD200R op microglia. Hieruit concluderen we dat microglia, die ook de ‘macrofagen van de hersenen’ worden genoemd, niet identiek zijn aan andere weefsel-macrofagen en hun eigen, unieke capaciteiten hebben. Omdat onze techniek om microglia te isoleren goed werkt, is in de toekomst veel meer onderzoek naar deze cellen mogelijk.

We laten verder zien dat de interactie tussen CD200 en CD200R niet het enige mechanisme is om de juiste balans binnen het immuunsysteem te bewaren. Een ander mechanisme dat we onderzocht hebben is de interactie tussen de twee eiwitten GITR en GITRL in muizen die door een genetische aanpassing meer GITRL hebben dan normaal. Uit deze studie blijkt dat door middel van deze eiwitten, het aantal effector T cellen stijgt, maar ook het aantal regulatoire T cellen. Effector T cellen zijn immuuncellen die effectief een ontstekingsreactie veroorzaken en daardoor een infectie kunnen bestrijden. Regulatoire T cellen zijn immuuncellen die de effector T cellen kunnen onderdrukken, zodat de ontsteking niet uit de hand loopt. In EAE, het diermodel voor MS, wordt duidelijk dat GITR-GITRL interactie beschermend werkt omdat het ontstaan van de ziekte wordt geremd. GITR-GITRL speelt  dus een rol in de balans tussen deze twee T cel groepen in immuunreacties.

Dit proefschrift laat zien dat de interactie tussen CD200 en CD200R belangrijk is om het immuunsysteem in de hersenen in balans te houden. Nu dit in MS verstoord blijkt, zou CD200R wellicht een aangrijpingspunt kunnen zijn voor behandeling van MS. CD200 in de hersenen van MS patiënten was verlaagd, dus het geven van CD200 als medicatie zou het tekort op kunnen heffen en zou CD200R opnieuw voldoende kunnen stimuleren. Dit zal bovendien macrofagen en microglia zelf niet alleen afremmen, maar zou deze cellen ook nog kunnen aanzetten tot algehele ontstekingsremmende mechanismen zoals o.a. weefselherstel. Toekomstige studies zullen moeten uitwijzen wat de mogelijkheden zijn van CD200R stimulatie als toekomstige therapie voor MS.

Proefschrift: Imbalanced immunity in multiple sclerosis.
Promotors: prof.dr. D.F. Swaab en prof.dr. R.A. Van Lier.
Co-promotors dr. I. Huitinga en dr. R.M. Hoek.
MS Research heeft bijgedragen in de drukkosten van het proefschrift
Fotograaf: Henk Stoffels

Curriculum Vitae

Personalia:

Naam:     Nathalie Koning
Geboren: 18 januari 1981 te Tegelen

 Opleiding:
1993 – 1999 Chr. Gymnasium Sorghvliet te Den Haag

1999 – 2004 Biomedische Wetenschappen, Universiteit Leiden

Specialisatie Neurowetenschappen. Stage van 9 maanden en scriptie bij de afdeling Medische Farmacologie van het Leiden Amsterdam Center for Drug Research, waar de ontwikkeling van de hypothalamus-hypofyse-bijnier-as (stress-as) werd bestudeerd

2005 VUmc Amsterdam, Brainatrophy in
MS, o.l.v. prof. F. Barkhof

 Werkervaring:
2004 – 2008 – Promotieonderzoek op het Nederlandse Instituut voor Neurowetenschappen en de afdeling Experimentele Immunologie in het AMC, Amsterdam onder leiding van copromotores  dr. R. M. Hoek en dr. I. Huitinga en promotores prof. dr. D. F. Swaab en prof. dr. R. A. W. van Lier

2008 – Post-doc op de afdeling Moleculaire Celbiologie en Immunologie aan het VUmc onder leiding van prof. dr. Y. van Kooyk

Promotie:

12 maart 2009, Universiteit van Amsterdam

Relatie met MS:

De keuze onderzoek naar MS te doen komt voort uit de interesse voor zowel de immunologie als neurobiologie. De mogelijkheid het immuunsysteem in de hersenen te bestuderen in een slopende ziekte waar nog steeds de oorzaak en de juiste behandelmethode van onbekend is, werd dan ook graag aangenomen.