ALS-onderzoekers vorsen naar de rol van het hersenruggenmergvocht in motorneuronen

De heldere, kleurloze vloeistof die de hersenen en het ruggenmerg vult en omgeeft bij mensen met ALS lijkt aan te zetten tot vroege neurodegeneratievoorvallen in gezonde motorneuronen, zo blijkt uit een studie.

Toen motorneuronen constant werden gecultiveerd met hersenruggenmergvocht van ALS-patiënten, vertoonden de cellen tekenen van Golgi-fragmentatie — dat wil zeggen dat hun Golgi-apparaat, een organel dat helpt bij het verpakken van eiwitten en andere moleculen om ze vanuit de cel te exporteren, gefragmenteerd en verspreid raakte.

De studie draagt de titel ‘Human Spinal Motor Neurons Are Particularly Vulnerable to Cerebrospinal Fluid of Amyotrophic Lateral Sclerosis Patients’ (‘Menselijke ruggenmergmotorneuronen zijn extra gevoelig aan hersenruggenmergvocht van ALS-patiënten’) en verscheen in het International Journal of Molecular Sciences.

Van het hersenruggenmergvocht of cerebrospinaal vocht (CSV) van ALS-patiënten wordt gedacht dat het drager is van ziekteveroorzakende factoren, en mogelijk een route vormt voor de verspreiding van ALS naar andere motorneuronen. Studies met cellen en dierenmodellen hebben aangetoond dat CSV van patiënten bepaalde ziekteaspecten kan induceren, waaronder eiwitklonters, cellulaire stress, abnormaliteiten in de mitochondria en de energieproductie, alsook Golgi-fragmentatie.

Geen van deze studies was echter uitgevoerd op motorneuronen die waren afgeleid van geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) van patiënten, die tegenwoordig worden beschouwd als de gouden standaard van cellijnen voor de modellering van ALS.

Omdat motorneuronen niet rechtstreeks van patiënten kunnen komen, worden iPSCs, die kunnen worden gegenereerd uit het bloed of de huidcellen van patiënten, beschouwd als een nuttig alternatief. Zoals de naam het al zegt, zijn deze cellen pluripotent — wat betekent dat ze zich zoals andere stamcellen kunnen differentiëren in andere celtypes.

Onderzoekers kunnen als dusdanig bloed of huidcellen verzamelen bij mensen met ALS en ze gebruiken om iPSC’s te genereren, die dan kunnen worden gedifferentieerd in motorneuronen. Aangezien deze motorneuronen zijn afgeleid van de iPSC’s van een ALS-patiënt, zullen ze dezelfde genetisch abnormaliteiten vertonen, waardoor ze een geschikt studiemodel vormen.

Onderzoekers in Dresden in Duitsland exploreerden de effecten van CSV in dit cellulair model van sporadische ALS. Ze gebruikten van iPSC afgeleide motorneuronen van drie patiënten — een met FUS-mutaties, een met SOD1-mutaties, en een derde met TDP-43-mutaties — alsmede op gelijkaardige wijze gegenereerde motorneuronen van gezonde controlegevallen.

Er werden CSV-stalen verzameld bij 11 ALS-patiënten en 8 controlegevallen, die een CSV-punctie ondergingen te wijten aan non-inflammatoire, niet-neurodegeneratieve neurologische aandoeningen (bv. hoofdpijn). Afgezien van het feit dat de patiënten ouder waren dan de controlegevallen (gemiddeld 63 jaar vs. 47 jaar), waren de groepen over het algemeen vergelijkbaar, zelfs wat de moleculaire samenstelling van hun CSV betrof.

Het team stelde vast dat het CSV van zowel patiënten als controlegevallen een significante proliferatie veroorzaakte van neurale voorlopercellen die in cultuur bleven nadat de iPSC’s waren geïnduceerd om motorneuronen te worden. Hoe groter de hoeveelheid CSV en hoe langer de blootstellingsduur aan CSV, hoe groter het effect op deze voorlopercellen.

Om dit te voorkomen, liet men de cellen gedurende nog eens 10 dagen verder differentiëren in motorneuronen. Pas dan werden de experimenten met CSV gestart. Omdat de cellen gedurende lange periodes (6 dagen) werden gecultiveerd, wat grote hoeveelheden CSV vergde, gebruikte het team samengebrachte CSV-stalen van ALS-patiënten en controlegevallen.

“We kunnen dus de vraag niet beantwoorden of enkelvoudig van ALS-patiënten afgeleid CSV mogelijk varieert naar gelang klinische parameters zoals ALS-subtype, ziektestadium of zelfs familieachtergrond”, merken de onderzoekers op.

Over het algemeen reduceerde CSV van zowel patiënten als controlegevallen significant de proportie van neuronen in cultuur — een reductie van 45% voor zowel ALS-CSV als controle-CSV versus 69% voor cellen die niet met CSV werden behandeld — wanneer motorneuronen van gezonde donoren werden gebruikt. In motorneuronculturen van patiënten werd een gelijkaardig effect, alsook een lagere proportie van motorneuronen, geobserveerd.

Een behandeling met CSV had geen invloed op de neuronale netwerken die waren aangelegd door motorneuronen, en veroorzaakte geen eiwitklonters, wat typisch is voor neurodegeneratieve ziektes als ALS.

CSV van ALS-patiënten induceerde echter significante Golgi-fragmentatie, een vroeg voorval in het neurodegeneratieve proces, bij controlemotorneuronen — maar niet bij andere controlezenuwcellen. Dit effect werd niet vastgesteld bij ALS-motorneuronen, waarschijnlijk omdat de initiële Golgi-fragmentatie nog voor de behandeling met CSV al erg intensief was.

“Door gebruik te maken van van iPSC afgeleide motorneuronen van gezonde controlegevallen en monogenetische vormen van ALS, tonen we een schadelijk effect aan van CSV van patiënten die lijden aan ALS op gezonde van donoren afgeleide menselijke motorneuronen”, zo schrijven de onderzoekers.

“Golgi-fragmentatie — een typische bevinding bij ALS-modellen van lagere organismen en menselijk postmortemweefsel van ALS-patiënten — werd enkel geïnduceerd door de toevoeging van ALS- maar niet controle-CSV. Opmerkelijk is dat deze veranderingen zich voornamelijk voordeden in motorneuronen, het voornaamste celtype dat door ALS wordt aangetast,” zo besluiten ze.

Vertaling: Bart De Becker

Bron: ALS News Today