Eind rapportage project V11-08

Parkinson Vereniging project V11-08
Eindrapportage project V11-08
Eiwit expressie als biologische marker van ziekteprogressie en klinisch profiel van de
ziekte van Parkinson
1,2
2
3
4
Karin D. van Dijk , Henk H.J. Groenewegen , Connie R. Jimenez , Charlotte E. Teunissen , Henk W.
2
1,2
Berendse , Wilma D.J. van de Berg .
1
2
3
Afdeling Neurologie , Anatomie & Neurowetenschappen , OncoProteomics Laboratorium , Klinische
4
Chemie , Neuroscience Campus Amsterdam, VU Universiteit Medische Centrum.
Onderzoeksperiode: September 2008 – Mei 2014.
Contactpersoon: dr. Wilma D.J. van de Berg en prof. dr. Henk W. Berendse.
Adres voor correspondentie: Afdeling Anatomie & Neurowetenschappen, VU Medical Center
Amsterdam, Van der Boechorststr. 7, Room MF-G-118, 1081 BT Amsterdam.
E-mail: [email protected]
Achtergrond
De ziekte van Parkinson is een progressieve neurodegeneratieve ziekte die gekenmerkt wordt
door traagheid, stijfheid, trillen en balansproblemen. Naast deze motorische symptomen
kunnen ook niet-motorische symptomen optreden, zoals een verminderd reukvermogen,
slaapstoornissen, depressie, stoornissen van het autonome zenuwstelsel en cognitieve
achteruitgang. In de hersenen van Parkinson patiënten sterven neuronen, waaronder
dopamine-producerende neuronen, af. In de afstervende neuronen worden eiwitophopingen
aangetroffen in de vorm van zogenoemde Lewy lichaampjes en Lewy neurieten. Deze
eiwitophopingen bestaan voor een groot deel uit een afwijkende vorm van het eiwit alphasynucleïne en worden ook in andere delen van de hersenen aangetroffen, zoals de in de
hersenstam gelegen locus coeruleus. Op moleculair niveau lijken diverse mechanismen,
waaronder verstoring van energiemetabolisme en eiwitafbraak, een rol te spelen bij het
ontstaan van de ziekte van Parkinson. De toegenomen productie van afwijkende eiwitten of het
verminderd afbreken hiervan lijkt een centrale rol te spelen.
De diagnose van de ziekte van Parkinson wordt op dit moment gesteld op basis van klinische
motorische verschijnselen. Deze klinische diagnose komt niet altijd overeen met de definitieve
diagnose die na het overlijden gesteld wordt door macroscopisch en microscopisch onderzoek
van de hersenen. Vooral in een vroeg stadium van de ziekte is de diagnose moeilijk te
onderscheiden van andere hersenziekten met vergelijkbare verschijnselen. Het is in het belang
van patiënten en hun omgeving dat deze diagnose nauwkeuriger wordt, omdat de ziekten
waarmee de ziekte van Parkinson verward kan worden een andere prognose en behandeling
hebben. Daarnaast is een vroege en nauwkeurige diagnose ook belangrijk voor het uitvoeren
van wetenschappelijk onderzoek naar effecten van nieuwe geneesmiddelen. Immers, het ten
onrechte includeren van patiënten die niet lijden aan de ziekte van Parkinson maar aan een
andere aandoening zou de resultaten van een dergelijke studie ongunstig kunnen beïnvloeden.
Biomarkers zijn metingen die een ziekteproces weergeven. Hersenvocht bevat onder andere
eiwitten afkomstig uit de hersenen en kan als zodanig een ziekteproces dat zich in de hersenen
afspeelt weerspiegelen. Eiwitten in het hersenvocht van Parkinson patiënten kunnen daarom als
diagnostische, prognostische en/of progressie biomarkers dienen. Voorbeelden voor kandidaatbiomarkers voor de ziekte van Parkinson zijn concentraties van de eiwitten alpha-synucleïne en
1
Parkinson Vereniging project V11-08
DJ-1.1.2 Deze eiwitten zijn in het hersenvocht van enkele patiëntenpopulaties reeds onderzocht,
maar vervolgstudies zijn noodzakelijk om de bevindingen te bevestigen. Naast het bestuderen
van specifieke eiwitten die mogelijk samenhangen met het ziekteproces van de ziekte van
Parkinson, kunnen we ook met behulp van ‘proteomics technologie’ een groot aantal nieuwe
eiwitten meten en verschillen in concentraties opsporen tussen hersenvocht van Parkinson
patiënten en gezonde ouderen.
Doel van de studie
Het doel van ons onderzoek was om 1) eerder ontdekte eiwitten die mogelijk betrokken zijn bij
het ziekteproces aan te tonen in hersenvocht en bloed van patiënten met de ziekte van
Parkinson en gezonde personen (controles) en 2) specifieke eiwitten in hersenweefsel en
hersenvocht voor de ziekte van Parkinson te ontdekken die het ziekteproces reflecteren met
behulp van ‘proteomics technologie’.
Resultaten van de studie
In de periode september 2008 tot en met september 2011, hebben we hersenvocht en klinische
gegevens verzameld van 58 Parkinsonpatiënten en 52 gezonde ouderen. Hersenvocht werd
verkregen door middel van een hersenprik. Tevens hebben we van 114 Parkinsonpatiënten en
58 controles bloed verzameld.
1. Onderzoek naar specifieke eiwitten die gerelateerd zijn ziekteproces bij de ziekte van
Parkinson
We hebben de concentraties van het eiwit alpha-synucleïne, omdat dit eiwit een centrale rol
lijkt te spelen in het ontstaan van de ziekte van Parkinson, gemeten in het hersenvocht van de
Parkinsonpatiënten en gezonde controles met een nieuwe gevoelige ‘ELISA’.3 In vergelijking tot
gezonde ouderen bleken de alpha-synucleïne concentraties bij Parkinsonpatiënten verlaagd.
Echter, het verschil was niet groot genoeg om op basis van deze meting individuele
Parkinsonpatiënten volledig van gezonde ouderen te onderscheiden. Ook was er geen relatie
tussen de hoogte van de eiwitconcentratie en de duur of ernst van de ziekte. Verder is uit
onderzoek van anderen gebleken dat het eiwit ook verlaagd kan zijn bij andere ziekten waar
alpha-synucleïne zich opstapelt in de hersenen, zoals multipele systeem atrofie (MSA), een
ziekte die in het begin op de ziekte van Parkinson kan lijken. Dit maakt het eiwit minder geschikt
als diagnostische biomarker.
Afwijkende eiwitten, waaronder alpha-synucleïne, kunnen worden afgebroken door lysosomale
enzymen. Daarom onderzochten we of de activiteit van een aantal van deze enzymen in
hersenvocht bij Parkinson patiënten anders is dan bij gezonde ouderen.4 Van de zeven
onderzochte enzymen, was de activiteit van cathepsine E en beta-galactosidase verhoogd,
terwijl de activiteit van alpha-fucosidase verlaagd was bij patiënten met de ziekte van Parkinson.
Net als bij het eiwit alpha-synucleïne konden de enzymactiviteiten echter geen volledig
onderscheid maken tussen Parkinsonpatiënten en gezonde ouderen.
De derde gerichte studie, naar het eiwit clusterine, toonde aan dat de concentraties van
clusterine in zowel hersenvocht als bloed niet verschillen tussen Parkinson patiënten en
gezonde ouderen.5 Clusterine concentraties in hersenvocht bleken zowel bij Parkinson patiënten
als gezonde ouderen wel samen te hangen met concentraties van de Alzheimer-eiwitten
amyloïd-beta-42, totaal en gefosforyleerd tau. Dit kan betekenen dat clusterine een directe
wisselwerking met deze eiwitten heeft.
2
Parkinson Vereniging project V11-08
2. Identificatie van specifieke eiwitten in hersenweefsel en hersenvocht die het ziekteproces
reflecteren bij de ziekte van Parkinson
Allereerst hebben we eiwitten gemeten en geïdentificeerd in de locus coeruleus, een kern in de
hersenstam die in een vroeg stadium aangedaan is bij de ziekte van Parkinson, die als kandidaatbiomarker kunnen dienen.6 Bijna 2500 eiwitten werden geïdentificeerd en gekwantificeerd met
behulp van ‘proteomics’ technologie. De 87 eiwitten die verschilden tussen Parkinson patiënten
en gezonde ouderen bleken voor een deel betrokken te zijn bij mechanismen die al eerder
verondersteld waren een rol te spelen bij het ziekteproces, zoals mitochondriële disfunctie en
oxidatieve stress. Maar ook mogelijke nieuwe mechanismen werden gevonden, zoals
veranderingen in de aminoacyl-tRNA-biosynthese. Dit proces speelt een belangrijke rol bij de
productie van eiwitten. Aanvullende studies zijn nodig om de rol van dit proces bij de ziekte van
Parkinson verder te onderzoeken.
Met een vergelijkbare techniek werden eiwitten in hersenvocht van 10 Parkinson patiënten en
10 gezonde ouderen gemeten.7 Dit leverde 1284 eiwitten op, waarvan de concentraties van 90
eiwitten verschilden tussen de Parkinson patiënten en gezonde ouderen. In het bijzonder
eiwitten die betrokken zijn bij processen, waaronder inflammatie en groei van zenuwvezels, die
een rol spelen bij de ziekte van Parkinson zijn potentiële biomarkers en moeten in grotere
patiëntengroepen bevestigd gaan worden. Een eerste stap in de bevestiging is al gezet voor drie
van deze potentiële biomarkers, door middel van metingen in een tweede onafhankelijk cohort
van Parkinsonpatiënten en gezonde ouderen uit Tübingen (Duitsland) en Oslo (Noorwegen).
Conclusie
De onderzochte kandidaat-biomarkers, zoals alpha-synucleïne, lysosomale enzymen en
clusterine, zijn op zich niet in staat om Parkinson patiënten volledig van gezonde ouderen te
onderscheiden. Een combinatie van ewitbiomarkers zou misschien wel een volledig onderscheid
kunnen maken. Verkennende eiwitstudies in zowel hersenweefsel als hersenvocht hebben –
door analyse van de processen waarbij de ontdekte eiwitten een rol spelen – het inzicht in het
ziekteproces vergroot. Wellicht nog belangrijker is dat de verkennende eiwitstudies een aantal
potentiële nieuwe kandidaat-biomarkers opgeleverd hebben.
Vervolgonderzoeken zijn nu noodzakelijk voordat eiwitbiomarkers gemeten in hersenvocht of
bloed11 toegepast kunnen worden in de klinische praktijk. De potentiële biomarkers uit de
verkennende studies moeten bijvoorbeeld een aantal maal worden bevestigd bij patiënten uit
andere centra waarbij de metingen ook in andere laboratoria worden gedaan. Voor de
potentiële biomarkers van zowel de gerichte als verkennende studies is het belangrijk te
onderzoeken of zij in staat zijn om Parkinsonpatiënten te onderscheiden van patiënten met
gerelateerde ziektebeelden, zoals MSA of progressieve supranucleaire verlamming (PSP), of zij
de ernst van de ziekte weer kunnen geven en of zij het verloop van de ziekte kunnen
voorspellen.
Referenties
1. van Dijk KD, Teunissen CE, Drukarch B, Jimenez CR, Groenewegen HJ, Berendse HW et al.
Diagnostic cerebrospinal fluid biomarkers for Parkinson's disease: a pathogenetically based
approach. Neurobiol Dis 2010; 39: 229-41.
2.
Reesink FE, Lemstra AW, van Dijk KD, Berendse HW, van de Berg WD, Klein M et al. CSF
alpha-synuclein does not discriminate dementia with Lewy bodies from Alzheimer's disease.
J Alzheimers Dis 2010; 22: 87-95.
3
Parkinson Vereniging project V11-08
3.
van Dijk KD, Bidinosti M, Weiss A, Raijmakers P, Berendse HW, van de Berg WD. Reduced
alpha-synuclein levels in cerebrospinal fluid in Parkinson's disease are unrelated to clinical
and imaging measures of disease severity. Eur J Neurol 2013.
4.
van Dijk KD, Persichetti E, Chiasserini D, Eusebi P, Beccari T, Calabresi P et al. Changes in
endolysosomal enzyme activities in cerebrospinal fluid of patients with Parkinson's disease.
Mov Disord 2013; 28: 747-54.
5.
van Dijk KD, Jongbloed W, Heijst JA, Teunissen CE, Groenewegen HJ, Berendse HW et al.
Cerebrospinal fluid and plasma clusterin levels in Parkinson's disease. Parkinsonism Relat
Disord 2013.
6.
van Dijk KD, Berendse HW, Drukarch B, Fratantoni SA, Pham TV, Piersma SR et al. The
proteome of the locus ceruleus in Parkinson's disease: relevance to pathogenesis. Brain
Pathol 2012; 22: 485-98.
7.
van Dijk KD, Chiasserini D, Pham TV, Piersma SR, Knol JC, Brockmann K, Toft M, Gasser T,
Berendse HW, Jimenez CR, van de Berg WDJ. Identification of novel biomarker candidates in
the cerebrospinal fluid proteome of drug-naïve Parkinson’s disease patients. In preparation.
8.
Simon-Sanchez J, van Hilten JJ, van de WB, Post B, Berendse HW, Arepalli S et al. Genomewide association study confirms extant PD risk loci among the Dutch. Eur J Hum Genet 2011;
19: 655-61.
Bijlage 1. Overzicht van de personele kosten, materiaalkosten en analyse kosten van project
V11-08.
4