Een bewonderenswaardige vingerwijzing van een nieuwe stamcelgerelateerde studie.

Het is de tweede van drie onbeantwoorde vragen die verband houden met ALS: Wat is de oorzaak van de ziekte? Waar begint het? Wat houdt de ziekte aan de gang? Een antwoord geven op één van deze vragen zou ons aanzienlijk verder helpen in het onderliggende therapeutische pad.

Terwijl zeer recente onderzoeken de zoektocht verder doen vorderen blijven deze vragen onbeantwoord, en behoren ze tot de grootste frustraties in de medische wetenschap.

Nu heeft nieuw onderzoek door Sophia Papadeas, haar mentor, Packard wetenschapper Nicholas Maragakis en hun collega’s van Johns Hopkins de vraag “waar begint het” in ieder geval met meer nauwkeurigheid aangepakt. Hun werk maakt gebruik van cellen die afgeleid zijn van stamcellen om ALS te bestuderen, een methode die een scherpere focus geeft en meer controle biedt dan eerder gedane studies.

Het resultaat? Nieuwe bevindingen over welke cellen belangrijk zijn bij deze ziekte en het bevestigt sommige oude bevindingen maar met extra invloeden.

De fundamentele aanpak -- die kiest voor een celtype van het centraal zenuwstelsel, geeft het familiale ALS genen en kijkt toe hoe ze zich gedragen in de “nabijheid” van normale cellen -- bestaat al meer dan een decennium. In 2008 zat Maragakis in Packard sympsoia terwijl hij keek hoe toenmalig mede ontvanger van een onderzoekssubsidie Don Cleveland en collega’s studies aanstreepten op de lijst van cellen die het meest verdacht zijn als het “thuis” van ALS: de motorneuronen, omliggende gliacellen en microglia die de buitenposten zijn van het immuunsysteem in de hersenen en het ruggenmerg.

Cleveland werkte met chimere muizen – die normale gezonde cellen bezaten die samen functioneren met verdachte cellen met het mutant SOD1 gen voor familiale ALS. Hij ontdekte bijvoorbeeld dat mutante SOD1 motorneuronen omgeven door niet-neuronale cellen een lange tijd kunnen overleven. Maar gezonde motorneuronen die geflankeerd worden door cellen die drager zijn van het mutant SOD1 gen -- de moleculaire equivalent van leven op Skid Row -- deden het niet zo goed. De dieren stierven vroeg met alle tekenen van ALS.

De verrassende suggestie was toen dat ALS niet uitsluitend een ziekte is van de motorneuronen. Andere cellen zijn ook noodzakelijk en verantwoordelijk.

De lichtschakelaar en wat er verder volgt

Het team van Cleveland verfijnde dat resultaat met een ingenieus induceerbaar systeem wat toelaat om het mutant SOD1 gen in of uit te schakelen. Een inzicht van deze aanpak met de lichtschakelaar was dat samen met motorneuronen, astrocyten -- universele niet-neuronale cellen -- nu beschouwd worden als de hoofdrolspelers bij ALS.

Celstudies door Packard wetenschappers en anderen geven dit duidelijk aan. Ze tonen aan dat astrocyten reeds vroeg veranderen bij de ziekte. Diermodellen ontwikkelen abnormale en op jachthagel gelijkende insluitsels, ze verliezen het vermogen om toxische hoeveelheden van de neurotransmitter glutamaat op te ruimen, hun membramen veranderen in doordringbaarheid. Er is ook bewijs dat mutante SOD1 astrocyten een middel vrijmaken dat schade berokkent aan neuronen.

Dat is voor een deel de reden waarom Papadeas en Maragakis hun werk focusten op cellen. “We wouden deze nauwkeurig uitbouwen en eerdere studies verder verfijnen”, zei Papadeas, “maar enkel nadat we eerst een levend-dier systeem opgezet hadden om te tonen hoe mutante SOD1 dragende astrocyten interactie voeren met wild-type (normale/gezonde) cellen.

“We wilden ook een stabiel platform op poten zetten” voegt ze eraan toe, “om de biologie van astrocyten te bestuderen over een langere tijdsperiode in de plaats van te proberen te ontleden wat belangrijk is bij een model dat progressief in dalende lijn gaat”.

Wat ze deden

Maragakis heeft een decennium lang onderzocht hoe volledig volwassen astrocyten voortkomen uit meer primitieve stamcellen. Bij gliale begrensde precursoren (GRPs), vonden hij en zijn medeonderzoekers cellen die ergens op de weg lagen van dat pad, GRPs zijn onvolwassen genoeg om verder te delen, maar bezitten genoeg gunstig potentieel om astrocyten te worden, mits de juiste behandeling en omgeving. Met aanzienlijk wat tijd scherpte het labo team van Maragakis zijn technieken verder aan, enerzijds door GRPs te creëren en nadien zekerheid te bieden dat de astrocyten die daaruit voortvloeien echt zijn.

In deze laatste studie leidde Papadeas de groep om GRPs te verwekken die drager zijn van het mutante SOD1 gen, daarna injecteerde men ze in het ruggenmerg van gezonde (wilde soort) ratten. GRPs overleven meestal als ze geleidelijk in het zenuwstelsel worden gebracht. Aangezien de onderzoekers weten waar de “slechte” GRPs zich bevinden -- men kan namelijk precies de astrocyten traceren die eruit voortvloeien -- geeft dat een voordeel tegenover eerder gedane studies. “We kunnen het verloop van de ziekte verspreid over het veld mooi volgen met een introductie naar buiten toe”, verklaarde Papadeas.

Zo introduceerden de wetenschappers mutante GRPs -- 150.000 stuks -- op elk van de drie plaatsen bovenaan in het ruggenmerg, gericht op het diafragma van de motorneuronen die invloed hebben op het middenrif en die bovendien de ledematen innerveren. Controledieren werden geinjecteerd met GRPs die het ongemuteerde SOD1 gen bezaten.

Wat gebeurde er

Na drie maanden vormden de GRPs rijpe astrocyten die niet ver waren afgedwaald van de plaatsen waar de injecties werden gegeven. Zoals gebruikelijk was er een interactie met de bestaande motor neuronen van de ratten.

“Verschillende dingen waren opmerkelijk te noemen”, zei Papadeas. Reeds vroeg werden de motorneuronen omgeven door mutante SOD1 astrocyten die abnormale massa’s eiwitten opstapelden -- insluitingen -- typisch voor ALS. Op drie maanden tijd waren heel veel motorneuronen rond de plaats van de injecties afgestorven -- zowel die in de nabijheid van de mutante astrocyten als deze die iets verderaf gelegen waren. “Het verlies was aanzienlijk”, voegde ze eraan toe, “ongeveer 50 procent op drie maanden tijd”. De onderzoekers merkten ook astrocytosis op, een abnormale uitstorting van astrocyten die typisch is bij het vorderen van ALS.

Op een maand tijd vertoonden ratten met mutante astrocyten een afname in de grijpfunctie van hun voorste poten. Biochemische veranderingen werden ook vastgesteld.

Het opmerkelijke hieraan is dat de gezonde motorneuronen afstierven in het specifiek gebied van het ruggenmerg dat geïnjecteerd was met mutant bevattende GRPs en die blootgesteld waren aan de astrocyten die volgden. “Hoewel de ratten geen gehele ALS doormaakten en ze niet helemaal verlamd raakten”, zei Papadeas, “zagen we toch karakteristieke veranderingen van de ziekte in het beïnvloede gebied”.

Met het werk dat nu gedaan is proberen zij en haar collega’s nu te verklaren hoe de mutante astrocyten de vonk aanwakkeren tot de neerwaartse spiraal.

Marjorie Centofanti

Vertaling: Jan Van der Veken

Bron: Packard Center

Astrocyten zijn giftig voor motorneuronen

Een nieuwe studie gepubliceerd op 10 augustus 2011 in de uitgave van Nature Biotechnology geeft een aanvullend bewijs dat astrocyten een giftig effect hebben op motorneuronen. Hoewel er steeds meer aanwijzingen zijn voor dit bewijs en verschillende studies in cultuur aantonen dat astrocyten bij muizen met ALS giftig zijn voor motorneuronen is dit de eerste studie die gebruik maakt van menselijke astrocyten die afgeleid waren van ALS patiënten in een levend systeem, hiermee bedoelt men dan een muismodel.

De onderzoekers merkten op dat het verlagen van de SOD1 niveaus in de astrocyten, verkregen van mensen die overleden waren aan zowel de familiale als de sporadische ALS vorm, de giftigheid bij de motorneuronen deed afnemen, dit verschaft verdere ondersteuning dat SOD1 mogelijk van belang kan zijn met betrekking tot de ziekte en niet alleen in de gevallen met mutaties van het gen maar ook bij mensen met sporadische ALS.

Met behulp van autopsie weefsel van mensen die overleden waren aan ALS ontwikkelden onderzoekers, gefinancierd door de National Institutes of Health (NIH), een nieuw model van de ziekte en ontdekten dat astrocyten giftig zijn voor cellen van motorneuronen. In overeenstemming met eerdere gedane studies die gebruik maakten van muismodellen waarin het mutant SOD1 beperkt werd tot de astrocyten en omliggende neuronen beïnvloed werden bij de muis. Deze nieuwe studie kan verder bijdragen tot het ontrafelen van vele mysteries rond ALS.

Slechts een klein percentage van de ALS gevallen zijn familiaal, de meerderheid van de gevallen zijn sporadisch, een oorzaak blijft tot op heden onbekend. De onderzoekers gebruikten astrocyten die afkomstig waren van mensen die overleden zijn ten gevolge van beide soorten van de ziekte, ze ontdekten dat de cellen toxische factoren bevatten die ervoor zorgen dat de motorneuronen degenereren. Dit resultaat werd vroeger reeds waargenomen bij ALS diermodellen.

“De muismodellen vormen een soort familiale ALS die goed is voor slechts 2 procent van alle gevallen. Op het terrein smeekt men naar nieuwe ziektemodellen die een helder beeld kunnen weergeven van sporadische ALS”, zei hoofdauteur Brian Kaspar, Ph.D. en onderzoeker aan het Nationwide Children’s Research Institute (NCRI) in Columbus, Ohio.

Uit verdere experimenten is gebleken dat SOD1 een cruciale rol speelt met betrekking tot toxiciteit. De onderzoekers gebruikten een methode, RNA interferentie genaamd, om het SOD1 gen tot rust te laten komen. RNA fungeert als bemiddelaar tussen genen en eiwitten maar in de RNA interferentie worden kleine RNA deeltjes gebruikt om genen te verhinderen eiwitten aan te maken. Wanneer de onderzoekers een virus gebruikten om de kleine RNA’s te leveren aan de astrocyten die beïnvloed zijn door familiale ALS, waren de astrocyten niet langer toxisch voor de motorneuronen. Deze methode onderdrukte ook de toxiciteit in vier van de zes astrocyten lijnen die afkomstig waren van mensen met sporadische ALS, wat het idee onderbouwd dat het SOD1 enzyme ook een rol speelt bij sporadische gevallen.

“Studies met ALS muismodellen zijn momenteel aan de gang om te bepalen of vervanging van de astrocyten mogelijk een haalbare therapeutische benadering zou kunnen zijn”, zei Lucie Bruijn, Ph.D., hoofdonderzoeker van de ALS Association. “Dit gepubliceerde werk biedt verdere ondersteuning voor dit concept.”

“We zijn bijzonder enthousiast over dit werk omdat we nu de mogelijkheid krijgen tot het bestuderen van gedefinieerde celtypen, zoals astrocyten van familiale SOD1 die men linkt aan patiënten met sporadische ALS”, vervolgde Dr. Kaspar. “Er ligt nog hard labeur in het verschiet als we beginnen te werken aan de definiëring van de toxiciteit van de afgeleide astrocyten bij deze patiënten.”

Vertaling: Jan Van der Veken

Bron: MND Victoria

Astrocyten die gemeenschappelijke ALS mutaties in zich dragen ,veroorzaken motor neuron degeneratie

Onderzoekers bevestigen dat er een nieuwe bron bestaat van motor neuron degeneratie in ALS

In een artikel dat vandaag online werd gepubliceerd in PNAS, zeggen neurowetenschapper Nicholas Maragakis en collega's aan de Johns Hopkins University, gefinancierd door Packard, dat astrocyten de afbraak verhogen in motor neuronen bij ratten. Eerder werk had laten zien dat astrocyten, drager van SOD1 mutaties, een van de meest voorkomende genetische mutaties gezien in erfelijke vormen van ALS, schade kunnen toebrengen aan anders gezonde motorneuronen in vitro. De huidige studie bevestigt deze resultaten in een in vivo rat model.

"Dit werk toont voor de eerste keer aan dat SOD1 mutaties alleen in astrocyten motor neuronen sterfte kan veroorzaken in vivo", zei Maragakis. "Dit is de eerste keer dat we in staat geweest zijn om aan te tonen dat astrocyten aanstichters zijn van de ziekte."

Historisch gezien hadden de onderzoekers zich gericht op de pathofysiologie van motorische neuronen in ALS, aangezien zij als de meest door de ziekte beschadigde cellen werden beschouwd. Maar in de afgelopen acht of negen jaar, zijn wetenschappers beginnen te begrijpen hoe de cellen die motorneuronen ondersteunen - astrocyten en microglia - een belangrijke rol spelen in de ontwikkeling van ALS. In eerdere studies van P2ALS introduceerden onderzoekers dit idee gebruikmakend van in vitro modellen. Meer recent in een artikel gepubliceerd in juli door Brian Kaspar, een andere Packard wetenschapper, werd aangewezen dat astrocyten van de ALS patiënten met familiale en sporadische vormen van de ziekte giftig zijn voor de gezonde motorneuronen in vitro. De studie van Maragakis en zijn collega's bouwt voort op deze eerdere bevindingen door te vragen of astrocyten met het gemuteerde SOD1-gen gezien in familiale ALS patiënten motorische neuronen schaadt bij normale ratten.

Maragakis en collega's hebben een type stamcel getransplanteerd, gekend als een gliale beperkte voorloper (GRP) dat de familiale ALS versie van SOD1 bevat, in het ruggenmerg van gezonde ratten. De GRP-cellen kunnen alleen efficiënt differentiëren in astrocyten, niet in motorische neuronen of microglia, zodat de onderzoekers wisten dat iedere schade aan de motorneuronen van de normale rat zou komen van gemuteerde astrocyten.

De ratten die de GRP cellen ontvingen met de SOD1 mutaties toonden motorneuronenschade drie maanden na de transplantatie. De motor neuronen in de buurt van de transplantatie site hadden aggregaten van kleine moleculen die een cellulaire reactie waren op een giftige bedreiging. Zowel, de ratten met de gemuteerde SOD1 astrocyten verloren kracht in de voorste poten en bij de respiratoire functie, meer dan bij de controle ratten.

Deze tekenen bootsen veel na van de kenmerken van de ziekte progressie ALS bij de mens, en geven sterke aanwijzingen dat de gemuteerde vorm van SOD1 op zijn minst enige motor neuron deterioratie, via astrocyten, kan veroorzaken. De onderzoekers geloven dat astrocyten, motor neuron schade kunnen veroorzaken door het activeren van de normale getransplanteerde rat microglia, cellen die nauw interageren met astrocyten en dienen als een van de belangrijkste immuuncellen in het centrale zenuwstelsel.

"SOD1 mutaties in astrocyten kunnen motorische neuronen meer kwetsbaar maken voor zowel pathologische veranderingen of celdood na verloop van tijd,” zei Maragakis. "De astrocyten met de SOD1 mutaties zouden kunnen dienen als aanmaakhout dat leidt tot het vuur van microgliale activering en de verspreiding van de ziekte, zelfs in wild-type cellen."

Vertaling: Ghislain D'amour

Bron: Packard Center