'Verkeersopstoppingen' voorkomen bij menselijke ALS-motorneuronen

20-10-2017

Een team van onderzoekers aan het VIB en de KU Leuven gebruikte stamceltechnologie om motorneuronen te genereren van ALS-patiënten die drager zijn van mutaties in FUS. Ze vonden verstoord axonaal transport in deze motorneuronen, maar identificeerden ook genetische en farmacologische strategieën die dit effect verzachten.

Amyotrofische laterale sclerose (ALS) is een dodelijke, ongeneeslijke neurodegeneratieve aandoening. De patiënten ondergaan progressieve verlamming omdat de bovenste en onderste motorneuronen gaandeweg afsterven.

Er is geen duidelijk antwoord op de vraag waarom deze motorneuronen selectief degenereren. Op basis van verschillende aanwijzingen kwam men tot de 'dying-back'-hypothese, die postuleert dat ALS ertoe leidt dat distale axonen hun functie verliezen en zich terugtrekken. Dat zou verklaren waarom de langste en meest energievergende motorneuronen het kwetsbaarst zijn.

FUS en transportverstoring

Genetische vormen van ALS zijn zeldzaam, maar kunnen belangrijke inzichten verschaffen in de ziektemechanismen. Eén van de vier voornaamste gemuteerde genen bij familiale vormen van ALS is FUS.

In samenwerking met het Verfaillie-labo aan de KU Leuven, genereerde het team van prof. Ludo Van Den Bosch (VIB-KU Leuven) geïnduceerde pluripotente stamcellen van ALS-patiënten met verschillende FUS-mutaties. Op die manier konden ze een nieuw menselijk neuronaal model genereren voor de ziekte. Motorneuronen die zijn afgeleid van deze stamcellen vertoonden niet alleen typische cytoplasmische FUS-mislocalisaties en hypoexcitabiliteit, maar ook progressieve verstoringen van het axonaal transport van verschillende cargo's, een pathologisch kenmerk dat nooit eerder werd geobserveerd in deze cellen.

Dr. Wenting Guo, één van de hoofdonderzoekers van de studie, legt uit: "Distale axonale sites zijn erg afhankelijk van de levering van energieproducerende organellen en andere cargo's van de celkern. Het is dus geen verrassing dat axonaal transport een rol speelt bij ALS. We hebben nu een belangrijke stap gezet doordat we dit kenmerk van de ziekte kunnen reproduceren in gekweekte menselijke motorneuronen."

Problemen met het axonaal transport van mitochondria werden al eerder beschreven in modellen van muterend SOD1, dat ook gekoppeld is aan familiale ALS. In het geval van SOD1 werd het verstoorde transport toegeschreven aan morfologische veranderingen in de mitochondria, maar FUS-mutaties leiden niet tot aanzienlijke mitochondriale schade. Wenting Guo: "Dankzij de expertise van ons elektronmicroscopieplatform konden we aantonen dat mitochondria in FUS-gemuteerde neuronen er gezond uitzien."

Redding dankzij HDAC6

CRISPR/Cas9-gemedieerde genetische correctie van de FUS-mutatie maakt de axonale transportverstoring ongedaan, wat de specificiteit van de pathologie onderstreept. Nog interessanter is echter dat ook farmacologische inhibitie of de genetische inactivering van HDAC6 de axonale transportdefecten verhelpen.

Van Den Bosch: "HDAC6 deacetylateert de bouwstenen van de microtubuli, de sporen die worden gebruikt voor axonaal transport. Wanneer HDAC6 wordt geremd, neemt de acetylatie toe en wordt het axonaal transport verbeterd. Dit kan het 'dying-back'-proces van axonen voorkomen."

Hoewel hij benadrukt dat disfunctie van het axonaal transport slechts één aspect is van het ziektemechanisme, is Van Den Bosch optimistisch: "Axonaal transport zou wel eens een belangrijke rol kunnen spelen bij de ALS-pathologie en HDAC6-remming zou een beloftevolle therapeutische benadering kunnen worden, ook al is het stoppen van de retractie op zichzelf wellicht niet genoeg als therapeutische strategie."

Wenting Guo et al. HDAC6 inhibition reverses axonal transport defects in motor neurons derived from FUS-ALS patients (HDAC6-remming keert axonaaltransportdefecten om bij motorneuronen die zijn afgeleid van FUS-ALS-patiënten), Nature Communications (2017). DOI: 10.1038/s41467-017-00911-y

 

Vertaling: Bart De Becker

Bron: Medical Xpress

Onderzoekers ontwikkelen menselijk ALS-motorneuronenmodel om celstoornissen te bestuderen

30-10-2017

Motor Neuron Model

Onderzoekers genereerden motorneuronen uit patiënten met amyotrofische laterale sclerose (ALS) die een gemuteerd gen dragen dat wordt aangetroffen in familiale vormen van de ziekte. De studie werpt nieuw licht op de ziektemechanismen.

Het transport van materiaal over de lengte van een motorneuron (axon) houdt de stroom van zenuwcelboodschappen aan de gang en houdt de zenuwcel gezond. Een groeiend aantal rapporten koppelt stoornissen in het axonale transport aan ziektes waarbij motorneurondegeneratie optreedt, zoals ALS.

Onderzoekers vonden inadequaat axonaal transport in de motorneuronen die werden afgeleid van geïnduceerde pluripotente stamcellen van ALS-patiënten met verschillende mutaties van het FUS-gen. Tevens identificeerden ze genetische en farmacologische strategieën die deze celstoornissen kunnen wijzigen.

Het team van het Centrum voor Hersenonderzoek van het VIB-KU Leuven publiceerde zijn werk getiteld 'HDAC6 inhibition reverses axonal transport defects in motor neurons derived from FUS-ALS patients' (HDAC6-inhibitie keert axonaaltransportstoornissen om in motorneuronen afgeleid van FUS-ALS-patiënten) in Nature Communications.

Het FUS-gen geeft instructies voor het aanmaken van een eiwit dat fouten helpt te herstellen in het DNA, waardoor wordt voorkomen dat cellen genetische stoornissen opstapelen. Interessant daarbij is dat FUS één van de vier belangrijkste genen is die gemuteerd zijn bij familiale vormen van ALS.

De motorneuronen die werden gegeneerd uit ALS-patiënten met verschillende FUS-mutaties vertoonden progressieve axonaaltransportstoornissen van verschillende cargo's (eiwitten en andere substanties), wat nooit eerder werd vastgesteld in deze cellen.

"Distale axonale sites zijn sterk afhankelijk van de aanvoer van energieproducerende organellen (samenstellende delen van de cellen) en andere cargo's uit de celkern. De betrokkenheid van axonaal transport bij ALS is dus geen verrassing. Het is een belangrijke stap dat we dit kenmerk van de ziekte kunnen reproduceren in gekweekte menselijke motorneuronen", zegt dr. Wenting Guo, hoofdauteur van de studie en lid van het team van Ludo Van Den Bosch (VIB-KU Leuven), in een perscommuniqué.

Vervolgens probeerden de onderzoekers de axonaaltransportstoornissen te verminderen met behulp van een genoombewerkingssysteem dat gekend is als de CRISPR/Cas9-gemedieerde genetische correctie van de FUS-mutatie. Daarbij rapporteerden ze een succesvol herstel van het voordien inadequate axonaal transport.

Bovendien zorgde het team voor een inhibitie van het FUS-gen binnen de cellen zonder dat er een effect op het axonaal transport werd geobserveerd. Dit bevestigt dat deze met de ziekte geassocieerde veranderingen afhankelijk zijn van muterende FUS-genen.

De onderzoekers stelden echter vast dat farmacologische of genetische inhibitie van HDAC6 de axonaaltransportstoornissen ongedaan maakte in de van patiënten afgeleide motorneuronen.

"HDAC6 deacetylateert de bouwstenen van de microtubuli, de sporen die worden gebruikt voor axonaal transport. Als zich bij HDAC6 een inhibitie voordoet, neemt de acetylatie toe en wordt het axonaal transport verbeterd en dit kan het 'dying back'-proces voorkomen", aldus teamleider Van Den Bosch.

De resultaten van het nieuwe menselijke neuronale model van ALS ondersteunen de hypothese dat "axonaal transport mogelijk een belangrijke rol speelt bij de ALS-pathologie en dat HDAC6-inhibitie een beloftevolle therapeutische benadering zou kunnen worden, hoewel het stopzetten van de retractie mogelijk ontoereikend is als enige therapeutische strategie", zo besluit Van Den Bosch.

 

Vertaling: Bart De Becker

Bron: ALS News Today

Share