skip to Main Content
Oligodendrocyt Maturatie: Oxidatieve Stress En Voedingscomponenten.

Oligodendrocyt maturatie: Oxidatieve stress en voedingscomponenten.

MS is een chronische ontstekingsziekte van het centrale zenuwstelsel (CZS). De oorzaak van MS is tot op heden niet bekend. Uit epidemiologisch onderzoek blijkt dat de consumptie van verzadigde vetzuren geassocieerd is met een verhoogde incidentie van MS. Aan de andere kant kunnen bepaalde antioxidanten in het dieet bescherming bieden tegen het ontwikkelen van de ziekte.

Samenvatting proefschrift Marieke E. van Meeteren* (2005)

De rol van oligodendrocyten in MS

00bproefschriftmeeterenvoorkantOligodendrocyten zijn cellen die zich bevinden in het CZS. Deze cellen spelen een centrale rol in de pathogenese van MS. Bij gezonde individuen is de functie van oligodendrocyten het vormen van myeline. Myeline omwikkelt en isoleert onze zenuwen. De belangrijkste functie van een zenuw, namelijk het snel en efficiënt doorgeven van signalen is afhankelijk van een goede functionele myeline schede rondom het axon.

Bij MS ontstaan er op meerdere plaatsen ontstekingen in het CZS, naar men aanneemt doordat cellen van het afweersysteem zich richten tegen de eigen myeline-eiwitten. De ontstekingsreactie die hierop volgt, veroorzaakt schade aan oligodendrocyten. Dit verstoort de functie van deze cellen en geactiveerde macrofagen breken het myeline rondom de zenuwen af. Dit proces noem je demyelinisatie.

Demyelinisatie en schade aan zenuwen leiden uiteindelijk tot een verstoring van de signaaloverdracht. Dit uit zich in bepaalde neurologische symptomen bij de patiënt. Als de ontsteking voorbij is, kan er met name in het begin van de ziekte nog herstel van myeline optreden. Dit herstel bestaat voor een deel uit zogenaamde remyelinisatie van zenuwen door “voorlopercellen” van de oligodendrocyt. Deze zogenaamde progenitor cellen kunnen uit het gebied rondom een laesie migreren naar de gedemyeliniseerde zone. Onder invloed van de juiste signalen zullen zij zich ontwikkelen tot volwassen, myeline-vormende oligodendrocyten. De ontwikkeling tot een functionele oligodendrocyt, ook wel differentiatie genoemd, draagt bij aan de remyelinisatie van gedemyeliniseerde zenuwen. In latere stadia van MS is de remyelinisatie niet meer voldoende om volledig te herstellen en treedt blijvende neurologische schade op.

De huidige behandeling van MS-patiënten is vooral gericht op het bestrijden van de symptomen en het remmen van de onderliggende pathologische mechanismen. Verschillende medicijnen werken via interactie met het immuunsysteem. Een nadeel is dat niet alle patiënten goed reageren op dergelijke behandelingen. Het gebrek aan een effectieve behandelingsmethode voor MS-patiënten en het feit dat er vaak ongewenste bijwerkingen optreden, biedt ruimte voor andersoortige therapieën die gericht zijn op afremming van de ziekte. Je kunt hierbij denken aan vermindering van demyelinisatie en ondersteuning van remyelinisatie.

Bioactieve voedingscomponenten kunnen geschikt zijn voor zo’n alternatieve aanpak. Ze zijn eenvoudig via klinische voeding toe te dienen, naast bestaande therapieën. In dit onderzoek zijn de mogelijke gunstige effecten onderzocht van voedingscomponenten op mechanismen die ten grondslag liggen aan de laesievorming bij MS.

f7fproefschriftmeeterenafb1 (1)

Immunofluorescente kleuring van controle en gamma-linoleenzuur (GLA) gesupplementeerde primaire oligodendrocyten voor het myeline eiwit PLP.

Doel proefschrift

Het doel van het onderzoek is het identificeren van voedingscomponenten met een gunstig effect op mechanismen van de- en remyelinisatie. De aanpak was gericht op het ontwikkelen van in vitro modellen teneinde oligodendrocyt-schade en -differentiatie te bestuderen. De invloed van voedingscomponenten op de bescherming van oligodendrocyten tegen oxidatieve schade is nader onderzocht. Oxidatieve schade onstaat door het vrijkomen van vrije zuurstofradicalen na activatie van ontstekingscellen. Daarnaast zijn ook de mogelijkheden bestudeerd om met behulp van voedingscomponenten de differentiatie van oligodendrocyten te bevorderen. De veronderstelling is dat het stimuleren van de differentiatie van de oligodendrocyt uiteindelijk gunstige effecten heeft op de functionele activiteit van deze cellen en de myelinisatie van zenuwen.

Resultaten

Het onderzoek begint met een bespreking van de beschikbare literatuur over de relatie van voeding, voedingscomponenten en bepaalde voedingsdeficiënties met het ontstaan en de ontwikkeling van MS. We hebben ons hierbij beperkt tot voedingscomponenten die behoren tot de laagmoleculaire antioxidanten en meervoudig onverzadigde vetzuren (PUFA’s). Uit onderzoek is gebleken dat er vaak een tekort aan bepaalde antioxidanten en PUFA’s voorkomt in weefsels van MS-patiënten. Het is echter moeilijk om te achterhalen of dit een gevolg is van de ziekte of dat mogelijk het metabolisme van MS-patiënten afwijkt van dat van gezonde personen.

Op basis van de beschikbare kennis van de MS-pathologie valt af te leiden dat het op peil houden van voldoende antioxidant-capaciteit heel belangrijk is. Antioxidanten bieden bescherming tegen celschade die ontstaat door de telkens terugkerende ontstekingsreacties. Daarnaast zou de beschikbaarheid van bepaalde PUFA’s belangrijk kunnen zijn voor de opbouw van nieuwe myeline-membranen tijdens het remyelinisatie proces.

Oligodendrocyten

De OLN-93 oligodendroglia cellijn is gebruikt als model voor oligodendrocyten zoals die in het CZS voorkomen. Om dit model verder te karakteriseren, zijn factoren onderzocht die mogelijk betrokken zijn bij differentiatie. Uit ons onderzoek bleek dat blootstelling aan insulinelikegrowth factor-I (IGF-I) de differentiatie van OLN-93 cellen bevorderde. Gedurende de vroege differentiatie (0-3 dagen) werd aangetoond dat de differentiatie-markers 2’,3’-cyclic nucleotide 3’-phosphohydrolase (CNP; ook bekend als CNPase) en zona occludens-1 (ZO-1) verhoogd tot expressie komen. De blootstelling aan IGF-I, of de aanwezigheid van C6 astrocyten als mogelijke bron van groeifactoren, was hierop echter niet van invloed.

Verder onderzoek toonde aan dat van de late differentiatie-marker MBP niet het mRNA, maar wel de eiwitexpressie verhoogd was na IGF-I blootstelling. Dit duidt er op dat IGF-I een effect heeft op de MBP eiwitexpressie na transscriptie.

De bevindingen uit dit hoofdstuk dragen bij aan de kennis van factoren die betrokken zijn bij oligodendroglia-differentiatie. Dit is vooral van belang voor het verkrijgen van meer inzicht in de rol van oligodendrocyten bij remyelinisatie in MS-patiënten, maar ook bij de bestudering van componenten die differentiatie en myeline-vorming door oligodendrocyten kunnen ondersteunen.

Inspanning van de cel

Differentiatie van oligodendrocyten vereist een enorme inspanning van de cel. Een enkele oligodendrocyt kan wel 40 verschillende zenuw-segmenten omwikkelen. Er is een aanzienlijke hoeveelheid bouwstoffen nodig om dit proces te volbrengen. In hoofdstuk vier hebben we onderzocht of het supplementeren met PUFA’s effect heeft op de OLN-93 differentiatie. Morfologische evaluatie toonde aan dat de cellen een hogere differentiatie-graad bereiken na het aanbieden van verschillende PUFA’s.

Een analyse van het vetzuurgehalte van de celmembranen van OLN-93 cellen liet zien dat de aangeboden vetzuren actief werden gemetaboliseerd en ingebouwd in de membraan van deze cellen. Op eiwitniveau kon na gammalinoleenzuur (GLA) suppletie een verhoogde expressie van CNP worden aangetoond wat een indicatie is voor verdere differentiatie van de oligodendroglia. De effecten van PUFA’s werden verder onderzocht in primaire rat oligodendrocyten. Deze cellen kunnen in vivo een hogere differentiatie-graad bereiken wat een betere benadering geeft van de werkelijkheid.

Ook in dit model bleek het vetzuur GLA de primaire oligodendrocyt-differentiatie te stimuleren. De verhoogde GLA-geïnduceerde differentiatie kwam tot uiting door een toegenomen aantal proteolipid protein (PLP)-positieve oligodendrocyten en toegenomen vorming van myelinemembranen na 10 dagen differentiatie. Dit ging bovendien gepaard met verhoogde eiwitexpressie van differentiatie-markers zoals CNP, PLP en MBP. De resultaten van deze studie geven aan dat invitro PUFA-supplementatie effect heeft op differentiatie van oligodendrocyten.

Uit vervolgonderzoek zal verder moeten blijken of dit ook resulteert in een verbeterde functionaliteit van de oligodendrocyten. Mogelijk dat deze bevindingen uiteindelijk een toepassing kunnen vinden waarbij PUFA-suppletie ondersteuning van remyelinisatie bij MS-patiënten kan bewerkstelligen.

Voedingscomponenten

Macrofagen en microglia cellen produceren tijdens ontstekingsreacties veel vrije radicalen in laesies van MS-patiënten. Deze vrije radicalen zijn met name schadelijk voor oligodendrocyten. In hoofdstuk vijf zijn verschillende voedingscomponenten getest op hun vermogen om OLN-93 cellen te beschermen tegen oxidatieve schade. Hierbij is gekozen voor een model van waterstofperoxide (H2O2)-geïnduceerd oxidatieve schade. De flavonoiden quercetine en luteoline bleken op een dosis-afhankelijke wijze effectief in het verminderen van oxidatieve schade, terwijl dit niet werd waargenomen voor bijvoorbeeld curcumine of apocynine. Naast oxidatieve schade geïnduceerd door vrije zuurstofradicalen zijn oligodendrocyten ook gevoelig voor stikstofoxide-radicalen (NO). De voornaamste bron hiervan zijn geactiveerde macrofagen en microglia cellen, die beiden een rol spelen in de pathogenese van MS.

Vervolgens is onderzocht of bioactieve voedingscomponenten ook de productie van NO door geactiveerde macrofagen en de expressie van induceerbaar NO synthetase (iNOS) kunnen remmen. iNOS is een enzym dat verhoogd tot expressie komt tijdens ontstekingsreacties en zorgt voor de productie van het schadelijke NO. Wederom bleek luteoline een potente component die de NO-productie en iNOS expressie in macrofagen volledig kon remmen. Ook apigenine, een structureel sterk verwant flavonoid liet een sterke remming van de NO-productie en iNOS expressie zien. De voedingscomponenten die uit dit onderzoek naar voren kwamen als beschermend tegen oxidatieve stress en remmend bij de productie van schadelijke NO-radicalen door macrofagen behoeven verder onderzoek naar hun mogelijke toepassing bij de behandeling van neurodegeneratieve ziekten. Echter, de effectiviteit van deze componenten bleek sterk dosis-afhankelijk en bij hogere doseringen zijn zelfs schadelijke effecten waargenomen. Deze zogenaamde cytotoxische effecten verdienen dan ook alle aandacht wanneer wordt overwogen deze componenten aan te wenden voor therapeutische toepassingen.

Geinduceerde oxidatie

In hoofdstuk zes is in een drie-dimensionale hersen-sferoïden celkweek het effect van H2O2-geïnduceerde oxidatieve schade op verschillende celtypen en in het bijzonder op oligodendrocyten onderzocht. Dit systeem bevat naast myeline-vormende oligodendrocyten ook astrocyten, microglia cellen en neuronen die samen een geïntegreerd model vormen. Dit model benadert de ruimtelijke en functionele integratie van hersencellen zoals die in werkelijkheid voorkomt. Het doel was om effecten van oxidatieve schade in een drie-dimensionaal geïntegreerd model te onderzoeken ten opzichte van mono-cultures met oligodendroglia cellen alleen.

Vierentwintig uur na een eenmalige blootstelling van de sferoïden aan H2O2 valt geen effect aan te tonen op de CNPase en glutamine synthetase enzymactiviteit, twee specifieke markers voor respectievelijk oligodendrocyten en astrocyten. In tegenstelling tot onze verwachting is ook de expressie van de overige onderzochte celmarkers niet beïnvloed door blootstelling van de cellen aan H2O2.

Uit de literatuur blijkt dat astrocyten mogelijk bescherming bieden aan oligodendrocyten door het onschadelijk maken van zuurstofradicalen. Dit gegeven is nader onderzocht in een co-culture van OLN-93 oligodendroglia en C6 astrocyten. In dit tweedimensionale celkweeksysteem bleken de astrocyten geen bescherming te bieden tegen H2O2-geïnduceerde oxidatieve schade in OLN-93 cellen. Een dosis- en tijdsafhankelijke H2O2 blootstelling in een mono-culture van OLN-93 cellen toonde vervolgens aan dat deze cellen weliswaar gevoelig zijn voor acute oxidatieve stress maar dat er daarna sprake is van een herstelmechanisme. Tenslotte, in een pilot-experiment met OLN-93 sferoïden kon vervolgens worden uitgesloten dat de drie-dimensionale structuur bescherming biedt tegen de acute H2O2-geïnduceerde schade. Deze resultaten suggereren dat de gevoeligheid van oligodendrocyten voor oxidatieve schade in een sferoïden model niet essentieel afwijkt van oligodendrocyten in monocultures of co-culture met astrocyten. De hoge maturatie-graad van oligodendrocyten, de driedimensionale afmetingen en de integratie van verschillende celtypen in sferoïden geeft bijzondere mogelijkheden voor vervolgonderzoek naar het effect van schade op oligodendrocyten.

Neurale schade

Naast het schadelijk effect van macrofaag-geïnduceerde oxidatieve stress op oligodendrocyten lijken ook neuronen gevoelig voor de verschillende ontstekingsmediatoren die de macrofagen produceren. Tegenwoordig zien onderzoekers het verlies van neuronen zelfs als een vroeg kenmerk in de pathogenese van MS. In hoofdstuk zeven is de mate van neuronale-schade en demyelinisatie onderzocht in acute en chronische experimentele allergische encephalomyelitis (EAE). Dit is een diermodel dat overeenkomst vertoont met MS bij de mens. Aangetoond is dat neuronale-schade met name voorkomt in chronische EAE en nauwelijks in het acute model.

Verder onderzoek naar de rol van macrofagen en zuurstofradicalen liet zien dat macrofaaginfiltratie in het CZS geassocieerd was met neuronale-schade. Bovendien is aangetoond dat de oxidatieve stress toenam in beide EAE modellen ten opzichte van controle-dieren. Dit mogelijke in vivo effect van oxidatieve stress op het ontstaan van axonale-schade werd ondersteund door experimenten in een ruggenmerg-sferoïden model. Tenslotte bleek de oogzenuwfunctie van dieren met acute EAE aangetast terwijl er geen neuronale-schade of demyelinisatie is aangetoond. De aanwezigheid van macrofagen leek verantwoordelijk voor deze verstoorde celfunctie. Uit deze gegevens blijkt dat de behandeling van MS niet alleen gericht zou moeten zijn op het remmen van demyelinisatie maar ook op bescherming van neuronen tegen geactiveerde macrofagen en hun reactieve radicalen.

Conclusie

Dit onderzoek heeft geleid tot de ontwikkeling van verschillende modellen waarin
oligodendrocyt-differentiatie en -schade bestudeerd kan worden. Met behulp van deze modellen zijn voedingscomponenten geïdentificeerd die oxidatieve schade aan oligodendrocyten kunnen voorkómen of bijdragen aan oligodendrocyt-differentiatie. Dit laatste is een belangrijk proces dat van vitale betekenis is voor ondersteuning van (re)myelinisatie en daardoor herstel van zenuwfunctie. Daarnaast lijkt ook het voorkómen van neuronale-schade door het remmen van oxidatieve stress een belangrijk aangrijpingspunt om de progressie van de ziekte af te remmen.

Mogelijk is ook hier een rol weggelegd voor voedingscomponenten. De uiteindelijk toepassing van voedingscomponenten in een klinische voeding voor MS-patiënten zal verder nauwkeurig in klinische trials onderzocht dienen te worden. Daarbij zullen verbeterde inzichten in de systemische en centrale beschikbaarheid van deze componenten na orale toediening een belangrijke plaats moeten krijgen. Voordeel hierbij is wel dat klinische voedingen relatief eenvoudig zijn toe te dienen en een aantrekkelijke aanvulling zouden betekenen op de huidige medicatie. Mogelijk kan de ontwikkeling van een dergelijk product in de toekomst ondersteuning bieden aan MS-patiënten en bijdragen tot verbetering van de kwaliteit van leven.

Proefschrift M.E. van Meeteren: Oligodendrocyte maturation: oxidative stress and dietary compounds

Promotor: prof. dr. C.D. Dijkstra; copromotor: dr. E.A.F. van Tol

Dit onderzoek is uitgevoerd bij Numico Research te Wageningen in samenwerking met de Vrije Universiteit medisch centrum te Amsterdam

Curriculum Vitae

icon-1 Personalia
Naam:     Marieke E. van Meeteren
Geboren: 1972 te Voorburg

icon-2 Opleiding:
1985-1991 VWO; Gemeentelijke Scholengemeenschap Doetinchem

Afgestudeerd:
1996; Landbouw Universiteit Wageningen; afstudeerrichting Levensmiddelentechnologie, specialisatie Toxicologie

f77proefschriftmeeterenportret

Gepromoveerd:
17 juni 2005, Vrije Universiteit Medisch Centrum (VUMC) Amsterdam

Relatie met MS:

Ik ben altijd geïnteresseerd geweest de relatie tussen voeding en gezondheid. Met name de vraag hoe voeding bij het ontstaan of voorkomen van ziekten een rol kan spelen houdt mij bezig. Mijn promotieonderzoek had als achterliggend doel het ontwikkelen van een klinische voeding voor MS patiënten. Binnen het onderzoek is onderzocht of voedingscomponenten bescherming kunnen bieden tegen schadelijke ontstekingsmediatoren die vrijkomen tijdens immunologische reacties. Aan de andere kant is er ook onderzocht of herstel van schade mogelijk is door de maturatie van oligodendrocyten te beïnvloeden met behulp van voedingscomponenten. Uiteindelijk zou zo’n klinische voeding ondersteunend moeten werken naast de bekende medicatie en kunnen bijdragen aan een verbeterde kwaliteit van leven voor MS patiënten.

Back To Top